音頻功率放大器NCP2890的原理與應用

摘要：介紹了安森美半導體(On Semi)公司Ａ－Ｂ類音頻功率放大器NCP2890的主要性能特點和基本工作原理，給出了用NCP2890設計音頻功放的典型應用電路和設計方法。

１　概述

ＮＣＰ２８９０是安森美半導體(Ｏｎ Ｓｅｍｉ)公司推出的經濟高效、功能齊備的音頻系列產品中的第一款音頻功率放大器，它是專為手機和ＰＤＡ等電池供電的無線設備而設計生產的，是一種質量非常優秀的無線應用Ａ－Ｂ類音頻功率放大器，可為客戶提供卓越的音頻性能。該器件在具有出眾的電源抑制比(ＰＳＲＲ)和總諧波失真加噪聲(ＴＨＤ＋Ｎ)特性的同時，綜合了外部控制增益特征和可調式開機與關機延時功能，并具有“開機和關機”控制電路，能消除開啟和關閉此類音頻功率放大器時產生的可聽噪聲，可靈活應用于便攜式音頻設備的設計中。ＮＣＰ２８９０允許鋰離子或鋰聚合物電池直接供電，因而省卻了額外的低壓降穩壓器(ＬＤＯ)，同時減少了電路板的占用空間并降低了整體成本。

２　芯片結構與性能參數

為滿足特定市場的需求，ＮＣＰ２８９０目前有Ｍｉ-ｃｒｏｂｕｍｐ－９(２．２５ｍｍ２)和Ｍｉｃｒｏ－８(１４．７ｍｍ２)兩種不同的封裝形式，圖１所示為其引腳排列圖，各引腳的功能如表１列。

ＮＣＰ２８９０內部包括６７１個晶體管、１８９９個ＭＯＳ門電路，因而具有極佳的音頻性能，表２給出了ＮＣＰ２８９０的主要性能參數。

表2 NC2890主要性能參數

３　應用電路設計

圖２所示為ＮＣＰ２８９０音頻功放的典型應用電路，由圖２可見，ＮＣＰ２８９０外圍只有用來調節增益的兩個電阻、一個輸入耦合電容、一個旁路電容等少數幾個元件，因此所需外圍器件極其簡單。

３．１ 電路工作原理

ＮＣＰ２８９０內含兩個完全一樣的功率放大器，輸入的音頻信號經第一個功率放大器放大后從ＯＵＴＡ輸出。電壓增益由外接電阻Ｒｆ與Ｒｉｎ的比值決定。放大后的音頻信號再經增益為１的第二個功率放大器進行反相放大，并從ＯＵＴＢ輸出。由于ＯＵＴＡ端與ＯＵＴＢ端輸出的音頻功率信號大小相等、相位相反，且兩個輸出端(ＯＵＴＡ和ＯＵＴＢ)的直流靜態電位相同（Ｖｐ／２），所以，揚聲器可以直接連接到ＯＵＴＡ與ＯＵＴＢ端，而不用增加輸出耦合電路。兩個功率放大器的輸出級均采用ＰＭＯＳ和ＮＭＯＳ晶體管特殊設計而成。正常導通時，其溝道電阻小于０．６Ω，因而其輸出波形失真非常小。

一般的功率放大器在開啟和關閉過程中會產生人耳可聽到的噪聲，為了消除這種可聽噪聲，在ＮＣＰ２８９０內部專門設計了消噪聲電路。開機時，邏輯高電平加到開關控制端，旁路電容Ｃｂｙ上的直流電壓值開始按指數規律增加，當電壓值達到共模電壓值（Ｖｐ／２）時，開始輸出功率（此過程大約５０ｍｓ）；而關機時，控制端接低電平，負載被連接到接地端，輸出功率為零，此時電路的直流靜態電流小于１００ｎＡ。

３．２ 電路元件參數設置

Ｒｉｎ與Ｒｆ用來設置放大器的閉環增益，為了優化ＮＣＰ２８９０的性能，放大器的閉環增益應該設置在較低的水平，此時ＴＨＤ最小，信噪比最大，頻率響應范圍最寬。所以在多數情況下，放大器的閉環增益一般設置在２～５之間，因此，輸入電阻(Ｒｉｎ)的取值Ｄ在２０ｋΩ比較合適，而Ｒｆ則用來調節閉環增益以控制輸出功率。

輸入耦合電容Ｃｉｎ用來隔離放大器輸入端的直流電壓，同時可與Ｒｉｎ組成一個高通濾波器，但它會影響濾波器的下限截止頻率。為了使低頻信號不至于衰減過大，理論上，Ｃｉｎ應該取較大的值，而較大容量電容的充放電時間較長，因此，需要較長的時間才能使輸入端的靜態電位達到Ｖｐ／２，而這易使輸出端產生開機噪聲。所以，在多數情況下，Ｃｉｎ的取值一般在０．１～０．３９μＦ之間比較合適（Ｒｉｎ＝２０ｋΩ時）。

旁路電容Ｃｂｙ是共模電壓（Ｖｐ／２）的濾波器，是決定開機時間的長短、減少開機噪聲的一個關鍵元件，在多數情況下，旁路電容Ｃｂｙ?。保唉蹋票容^合適。

    Ｒ１和Ｒ２組成的分壓電路用于產生芯片的啟動電壓，一般Ｒ１取值１００ｋΩ，設計時可根據電壓值來選擇Ｒ２的阻值，只要使分壓值約大于１．２Ｖ即可。

３．３ 使用注意事項

當電路達到最大輸出功率?Ｐｏｒｍｓ＝１．０Ｗ，Ｖｐ＝５．０Ｖ，ＲＬ＝８．０Ω?時，負載上的峰值電流為５００ｍＡ。為了防止輸出負載斷路時產生過大的輸出電流，芯片內設置了輸出電流檢測電路，它可將最大輸出電路限定為８００ｍＡ。這樣，一旦輸出電流超過８００ｍＡ時，輸出端的四個ＭＯＳ晶體管將被門控電壓關斷而不再輸出電流。

當芯片溫度超過１６０℃時，內部放大器將被關閉而停止工作，直到溫度低于１４０℃時，內部放大器才重新啟動開始工作。

盡管ＮＣＰ２８９０內部含有過流和過熱保護電路，但是在使用時，一定要注意供電電源電壓不能超過其極限值，以免造成芯片損壞。