多功能的小功率音频功放SSM2250

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SSM2250是一种既能输出单声道又能输出立体声的功率放大器,是ADI公司1999年推出的产品。该功放的主要特点有:能输出单声道1.5W或立体声250mW;单电源2.7 ~ 6V供电;有关闭功放控制,在关闭状态时耗电仅60μA;满足PC 99标准;失真度低,在1.5W输出时THD 典型值为0.2%;带宽可达4MHz;单位增益稳定;工作温度范围-40℃~+85℃。

该器件组成的功率放大器主要应用于台式、便携式或掌上电脑(组成多媒体电脑)、声卡、通信用耳机、双向通信设备、游戏机等。

封装与管脚

SSM2250有10引脚MSOP封装及14引脚TSSOP封装,如图1所示。各管脚功能见附表。

图1
图1 🔍原图 (369×422)
图4
图4 🔍原图 (709×474)

内部结构及工作原理

SSM2250内部结构如图2所示。它主要由3个输出满幅度(输出幅值接近电源电压幅值)运算放大器、消除“喀喀声”及开机时“砰”一声的偏置电路及开关控制电路组成。该功放有两种工作模式:单声道模式,组成BTL输出结构,负载为8Ω扬声器(称为BTL模式);立体声模式,由两个单端(SE)运放分别放大左、右通道,负载为16Ω或32Ω立体声耳机(称为SE模式)。这里结合典型应用电路(见图3)分别介绍两种工作模式。

图2
图2 🔍原图 (510×427)
图3
图3 🔍原图 (567×322)

1. 立体声模式(或称SE模式)

由相互独立的运放A1、A3分别输入左输入及右输入信号(内部开关将右输入接到2端),放大后分别由左单端及右单端输出(负载为立体声耳机)。其增益取决于外接电阻R2、R1(-R2/R1)阻值,图3中R2=R1=20kΩ,电压增益为-1。左、右两通道的阻值必需相等,才会使耳机中左、右声道的音量大小一样。在SE模式时,运放A2被关闭,输出呈高阻态。2. 单声道模式(也称BTL模式)

在单声道模式时,内部开关将右输入信号接到左输入(开关打在1上),即左、右两输入信号同时输入A1,输入信号为两者总和。A2放大器被激活并成为固定增益A\(_{V}\)=-1的放大器,构成平衡输出的BTL结构,其输出电压摆幅是互相相反的,增益为单端模式的2倍,其通过负载的电压为:V\(_{负载}\)=(V\(_{左输入}\)+V\(_{右输入}\))×2R2/R1由于两个放大器A1及A2是对称的,在负载上没有直流电流,所以也无需隔直耦合电容,即两输出端可以直接接负载(扬声器)。在BTL模式时,A3放大器被关闭,以节省功耗。3. 立体声/单声道(SE/BTL)控制

在SE/BTL端接低电平时,为BTL模式;接高电平时为SE模式。在图3中采用外插入立体声耳机的方式来控制。图中BTL OUT接8Ω扬声器,当未插入立体声耳机时,耳机插座中的触头接通,使④脚(SE/BTL)接在100kΩ电阻和1kΩ电阻组成的分压器上,④脚为低电平(如图4所示),SSM2250工作在BTL模式,8Ω扬声器发音。当有立体声耳机插头插入插座时,触头被断开。此时④脚经100kΩ电阻接5V电源,为高电平,SSM2250工作在SE模式,8Ω扬声器无声;左、右通道输入信号经A1、A3放大后送入立体声耳机。

输出功率大小

用桥式输出(BTL)结构的优点是输出功率为单端输出的两倍,因此在单声道输出时其最大输出功率可达1.5W(在V\(_{DD}\)=5V时,R\(_{L}\)=8Ω,THD<1%时,其典型值为1W)。在立体声时,最大输出可达250mW(在V\(_{DD}\)=5V,R\(_{L}\)=32Ω,THD<1%时,典型值为90mW)。当工作电压不同或负载电阻变化,其输出功率也随之变化,如图5、图6所示)。

关闭控制

在图3中有一个关闭控制端(③脚),它是控制整个功放关闭的控制端。此端接高电平时,功放被关闭,耗电仅60μA(典型值);此端接低电平时,功放正常工作。

电路参数选择

1. 输出耦合电容

在BTL模式时无需输出耦合电容,而在SE模式时耦合电容却是必须的,它可防止直流电流流入耳机(或扬声器)中(耳机电阻典型值为80Ω)。

输出耦合电容组成一个高通滤波器,其-3dB的截止频率为:f\(_{-}\)3dB=1/(2πR\(_{L}\)C\(_{c}\))(式中,R\(_{L}\)为耳机阻值,C\(_{c}\)为输出耦合电容容量。)

虽然大多数耳机有80Ω左右电阻,但不同的耳机其阻值变化范围极大(32~600Ω)。图3中C\(_{c}\)采用220μF,当耳机电阻为32Ω,其-3dB的拐角频率为22Hz。2. 输入耦合电容

输入耦合电容起隔直作用,同时它与输入电阻组成了高通滤波器,其-3dB频率为:f\(_{-}\)3dB=1/(2πR\(_{I}\)C\(_{I}\))式中,R\(_{I}\)为输入电阻阻值,C\(_{I}\)为输入电容容量。在图3中R\(_{I}\)为20kΩ,C\(_{I}\)取1μF,则在-3dB的频率为8Hz,满足20Hz~20kHz带宽的要求。

参考电路

图7是一种用于PC的音频功放电路,内部接8Ω扬声器,由立体声插座来控制立体声耳机发声或内部扬声器发声。AD1881为多功能前置放大器。由AD1881的、输出SSM2250所需的左、右通道信号,并由

控制SSM2250关闭或工作。有关SSM2250的详细技术资料,可在网址www.analog.com检索并下载。

(金名)