Linear Integrated Systems耳机放大器评估板

Linear Systems

以创新求质量三十年

Linear Integrated Systems耳机放大器评估板Headphone Amplifier Evaluation Board

作者: Dimitri Danyuk

内容

1 引言 1
1.1 特点 1
1.2 商品描述 1
1.3 规格 2
2 操作 2
2.1 注意事项 2
2.2 评估板快速启动列表 2
3 电路说明 3
4 测量 4
5 参考文献 8 (略)
6 文件 9 (略)
6.1 Linear Integrated Systems耳机放大器评估板原理图
6.2 Linear Integrated Systems耳机放大器评估板部件清单
6.3 Linear Integrated Systems耳机放大器评估板PCB层

1 引言

1.1 特点

Linear Integrated Systems公司的耳机放大器(电路)评估板包括以下特点:

1) 立体声,单端输入和单端输出

2) 输出功率为400mW,输入100Ω

3) 宽频响应(10Hz-200kHz; -1dB)

4) 电压增益5(14dB)

5) 低失真(THr+N在10Hz-20kHz时小于1%,5Vrms时为100Ω,10Hz至20kHz时小于0.1%,1Vrms时为100Ω负载)

6) 短路保护

7) 啪声降低电路(慢启动)

8) 可禁用交叉馈电电路

9) 音量控制

10) 过压和反极性电源保护

11) 音频输入和输出连接:左右RCA唱机插孔输入,¼“立体声耳机插孔输出

12) 外部9V-16V电源输入

13) 外接电源接头:电源插座,内径2.1mm,外径5.5mm

1.2 商品描述 

Linear Integrated Systems公司的耳机放大器评估板是一款完整的低功耗立体声音频放大器,适用于高保真线路电平输出和耳机应用。它由Linear Integrated Systems公司的FET以及安装在电路板上的许多其他部件组成(图1)。

1.3 规格

1) 电源电压范围: 9V 到 16V

2) 电源电流: 380mA典型值, 850mA最大值(12V)

3) 连续输出功率,100Ω负载: 400 mW/ch, THD+N < 1%

4) 音频输入电压: 1.3 Vrms最大值

5) 最小负载阻抗: 100 Ω

6) 最大输出电流: 55 mA rms


2 操作

2.1 注意事项

电源极性和最大电压

始终确保连接到电源插孔J1的外部电源的极性和电压正确。施加于J1的过压或反极性电源可能会损坏板上的瞬态电压抑制(TVS)二极管、板上的直流-直流转换器,并损坏电源。请注意,板上的直流-直流转换器具有过压保护功能,如果电源电压大于16V,放大器不会通电。


2.2 评估板快速启动列表

1) 选择9V-16V电源并将其连接到电源插孔J1

2) 确保信号源电平设置为最小

3) 将音频源连接到左右RCA唱机插孔J2和J4

4) 将负载(耳机)连接到耳机插孔J3

5) 根据J1附近的丝印确认正确的电压和输入极性,并将外部电源设置为ON。板上的LED(D3,D8,D103,D108)指示灯显示有电源

6) 根据需要用音量电位器(R139)调节信号源电平

7) 按开关SW1使能交叉馈电电路

图1: 耳机放大器评估板连接

3, 电路说明

输入级是基于LSK489和LSJ689(U1和U2)的互补差分JFET级。这种拓扑结构在音频放大器设计中很受欢迎(参考文献1-3)。这些JFET中的每一个都使用4mA漏极电流。双差分JFET输入级可以处理相当大的输入信号,且失真小。输入级基于LSK170和LSJ74(Q12和Q2)的互补共栅级。互补共栅极级以5mA工作,并为输出级提供单端驱动。输出级是互补源跟随器,由三个LSK170(Q3-Q5)和三个LSJ74(Q8-Q10)组成。输出器件每个工作电流为10mA,并有大型铜垫用于散热。三对并联的JFET允许的驱动负载高达100Ω。当放大器的输出短路时,限制器二极管D4和D7防止输出设备中产生过多的电流源。栅极电阻(R10-R12,R35-37)可防止输出级寄生振荡。 

放大器的开环增益为48dB,截止频率为16kHz。开环增益由输入级的跨导和共栅级输出阻抗决定。开环截止频率由共栅级输出阻抗和输出互补跟随器的输入电容决定。

闭环增益等于20dB。R34将互补源极跟随器的输出与容性负载隔离开来; C18通过容性负载消除输出方波上的过冲。

具有双极结型晶体管Q6和Q7的运算放大器U3形成伺服电路,其在输出端子上保持零直流偏移。伺服电路的时间常数约为1秒。

放大器具有可切换的被动交叉馈电电路(R156-R162,C132,C133)(参考文献4,5)。交叉馈电有助于减少由耳机提供的非自然立体图像定位引起的听力疲劳。可以通过开关SW1禁用交叉馈电电路而不改变放大器输出电压。被动交叉馈电电路在输入信号中增加了6dB的衰减。

板上的开关模式电源为MOSFET纹波滤波器(Q117,Q118)提供双极性24V直流电源。纹波滤波器为左右声道提供双极性20V直流,执行慢启动并允许在轨上使用相当大值的电解电容。板上的开关模式电源的输入由TVS二极管D110保护。外部电源与放大器是电位隔离的。


4,测量

图2  Linear Integrated Systems耳机放大器的闭环增益与频率的关系。交叉馈电电路(R158 = R160 = 0) 是禁用了的.

图3  闭环相位与频率的关系。 禁用了交叉馈电电路(R158 = R160 = 0)。


耳机前置放大器提供了宽的带宽(图2,图3)。在200kHz时,频率响应下降1dB,相移为-30°。

图4   交叉馈电电路频率响应

图4显示了交叉馈电信号(从右输入到左输出)以及直接音频信号(从左输入到左输出)的频率响应。交叉馈电信号的振幅随频率而降低,因此模拟了在较高频率下头的阴影效应。 

图5  Linear Integrated Systems耳机放大器的输出阻抗与频率的关系。输出电流10mA

输出阻抗(图5)在低频和中频时低于1.5Ω,在音频带顶部略微上升至略低于2.5Ω。

图6 Linear Integrated Systems耳机放大器的总谐波失真加噪声(THD + N)与输出电压的关系。 

图6绘制了耳机放大器输出中THD + N的百分比如何变为100Ω,300Ω和2kΩ负载。对于300Ω和2kΩ,削波电平超过10V rms。对于100Ω负载,削波电平高于7V rms。由于内部短路保护对输出电流的限制,低阻抗失真增加。THD + N与负载阻抗之间存在弱相关性。


图7 Linear Integrated Systems耳机放大器的总谐波失真加噪声(THD + N)与频率的关系


图7描绘了在1V rms和5V rms输出时THD + N百分比对频率的影响。输出电压为5V rms时,THD+N在音频带顶部略有上升。 

图8 Linear Integrated Systems耳机放大器的单个谐波电平与输出电压的关系。负载100Ω。


在低输出时,失真主要是二次谐波(图8),在高输出电平时,它由低于10dB的三次谐波连接。 较高的阶次是有规则分布的。四次和五次谐波的电平比第三次谐波的电平至少低20dB。六次和七次谐波电平比基波低约100dB。

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Linear Integrated Systems 制造的低噪声JFET用于:

1, 电容式麦霸放大器 
2, 压力传感器 
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18,扭矩传感器 
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20,MEMS传感器
21,动圈麦克风
22,耳机放大器

23,CCD控制器


LiS公司的料号清单:

1,对管JFET放大器

LSK489,LSK389低噪声(本案);2N5911/5912系列,高频;LS830,低泄露/高阻;LSJ689(新款)

2,单通道JFET放大器

LSK189,低噪声;J210/11/12系列,高频;2N4117/18/19系列,低泄露/高阻;2N4416系列,高频;LSK170(本案)

3, JFET开关

2N4391系列=N-Channel
J174系列=P-Channel
J177

4,DMOS高速开关-用于红外的场合

SD210系列=single non diode protected gate
SD211DE/SD213DE/SD215DE 系列=single diode protected gate
SD5000和5400系列=quad diode protected gate

5,MosFET

集成式的对管3N165 & 3N166

6,小信号器件(替换NXP,FairChild,SILICONIX,Vishay,Intersil,Interfet,MPS,Motorola,Analog Devices...)


- U440/441 MONOLITHIC DUAL N-CHANNEL JFET
- JPAD5;SSPAD5 微微安培二极管
- J505 电流调节二极管
- LS310/LS311/LS312/LS313 NPN三极管
- LS350/LS351/LS352 PNP三极管 


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座机 0755-82565851 
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