標簽：固定偏壓 動態(tài)范圍壓縮

如果談資論輩，似乎再也沒有像“動態(tài)范圍壓縮”這樣堂而皇之地人為制造失真，反而受到好評的例子了!當然，除非你是狂熱的音響“發(fā)燒友”，對聲音質量絕不妥協(xié)。

更多的時候，你會權衡面積、器件成本、設計成本等因素，轉而對動態(tài)范圍壓縮拋出橄欖枝。而TI首款具有動態(tài)范圍壓縮功能的立體聲D類放大器的推出似乎也是情理之中的事情。

平常我們所說的動態(tài)范圍是最強聲音與最弱聲音的強度差，單位用“db” 表示(即20Log10(P/Po))。一般語言的動態(tài)范圍為20—40db，歌曲與音樂的動態(tài)范圍為40—60db，交響樂的動態(tài)范圍為70—120db。音頻放大器的動態(tài)范圍必須大于語言、音樂的動態(tài)范圍。

“想唱就唱，唱的響亮”一下子紅遍了大江南北，同時也點燃了便攜式市場。便攜設備同樣要求放大器能夠“唱的響亮”，但這受到了喇叭和電源電壓的限制，功率越大、失真會越大、聲音質量也會隨之下降;同時更小的外形尺寸、更低的功耗也是便攜式產品也是業(yè)界所追求的。

因此，在設計過程中，在整個電池使用壽命內均要提供高輸出音量。僅以鋰離子電池為例，其電壓在3.0V—4.2V之間轉換，如果直接供電，新電池的聲音會很響亮，當電池電量即將耗盡時，聲音會逐漸變小。此外，還許限制最高功耗。不同音源(如手機里MP3、FM收音機等來源)信號輸入幅度是不等的，這就需要靈活控制輸出外設，像耳機、喇叭等，甚至兩個喇叭的靈敏度也不一樣。同時，還需在保證良好信噪比情況下將聲音響度最大化。

面對這些設計挑戰(zhàn)，當電池電壓變化時，要保持足夠大聲音輸出，最簡單的方法就是提供升壓電路，TI此前提供了兩款產品TPA2014D1、TPA2013D1，通過這種方法提供全電壓之內恒定的最大輸出功率。另外還有一個辦法就是20年前就已經廣為人知的動態(tài)范圍壓縮。

何為動態(tài)范圍壓縮?

顧名思義，動態(tài)范圍壓縮就是人為地壓縮了動態(tài)范圍，即將小信號根據需求放大若干倍、大信號不放大。普通CD典型動態(tài)范圍是96 db，實際上經過人耳處理，噪聲已經淹沒了最小信號，所以在小型便攜設備中真正能聽到的動態(tài)范圍是60 db(人說話的動態(tài)范圍只有20—40db)，這樣額外的動態(tài)范圍沒有任何用，反而白白浪費系統(tǒng)功耗、精度，而且使得用戶無法聽清。而通過動態(tài)壓縮，人為地控制信號，如將小信號放大10倍、大信號不放大，動態(tài)范圍從1：1000db到1:100db，這樣做雖然犧牲了動態(tài)范圍，但當信號是小信號時，相對信號強度并沒有變小。TI中國區(qū)高性能模擬產品業(yè)務開發(fā)經理張洪為以弦樂和交響樂為例，如果放大器的動態(tài)范圍是1比100db(10萬)，而弦樂的動態(tài)范圍遠遠小于這個范圍，因此沒有任何失真。當播放搖滾音樂時，會將猛烈的鼓點增益變成小音樂，而人而對敲鼓的失真并不敏感，因而能夠保證用戶對音樂的欣賞原汁原味。

這種動態(tài)范圍壓縮技術主要用于音樂欣賞、電話會議。“如果用手機、MP4學習英語，聲音開的太輕有一些細節(jié)往往分辨不出來，聲音開大就可以分辨出，但又會影響別人，這時候就需要動態(tài)范圍壓縮，”張洪為舉了一個例子。

TI是較早接觸立體聲放大器的廠商之一，已經占據了D類放大器約40%的市場份額。IMS Research研究稱未來幾年，D類放大器市場將穩(wěn)步增長。“因為全球現在主要便攜式消費電子產品主流供應商都已經采用了D類放大器，因此市場份額不會出現大范圍的突變，”張洪為說。在功能上，隨著數字電視和數字廣播的發(fā)展，數字音源會越來越多，逐步會有一些純數字放大器進入市場，但目前兩、三年內不會有明顯變化，他預測。

述說A、B、AB、D類

TI今日推出的首款具有動態(tài)范圍壓縮功能的立體聲D類放大器，與傳統(tǒng)的A、B類放大器究竟有何區(qū)別?這樣的命名規(guī)則背后又是怎樣的秘密?

一般，晶體管功率放大器是由三極管組成，而三極管是由幾組N-P、N-P結構成,該結構沒有外加電壓時是截止的，只有在外加一個偏置電壓并高于其門限電壓(硅管是0.6V，鍺管0.2V)時，這個N-P結才會導通、有電流通過，三極管才開始工作。

A類功放就是把正向偏置定在最大輸出功率的一半處，使功放在沒有信號輸入時也處于滿負載工作狀態(tài)，這樣在整個信號周期內功放都導通且有電流輸出。A類功放使三極管始終工作于線性區(qū)，因此A類功放幾乎無失真，聽感上質感特別好，尤其是小信號時，整個聲音平衡，潤滑，諧波豐富。 但A類功放效率低，一般不大于25%，而且A類功放由于工作電流高，在同樣輸出功率時其工作電壓要低很多，因此其輸出峰值電壓就受到限制，同時其輸入電壓也受到輸出電壓的放大器放大系數的限制。因此音樂的大動態(tài)表現就受影響。

B類放大器就是不外加固定偏置電壓，通過信號電壓打開，因此當信號電壓小于0.6V時(硅管為例)三極管處于截止狀態(tài)，輸出為零。只有當信號電壓大于等于0.6V時三極管才導通，放大器開始工作、輸出端有信號輸出。這樣小信號在輸出波形圖上是與X軸重合的直線，即產生失真，而且輸入信號中小信號越多，失真越嚴重。在聽感上，就會出現音樂細節(jié)喪失，小信號變得模糊、微弱，整個樂曲變得不連貫。 而且B類功率放大級必須用兩只晶體管組成推挽電路，一只管子工作于信號電壓的正半周，另一只則工作于信號電壓的負半周，這種電路中當一只管子導通工作時，另一只就處于截止狀態(tài)，當信號電壓的另外半周來到時二只管子的工作狀態(tài)正好交換，這時交越失真自然是免不了。但是B類功放的效率很高，可達到75%以上，因此可以使用較小的功率管輸出較大功率，另外推挽電路對抑制偶次諧波有作用，以減低非線性失真。

針對B類功放存在的缺點設計人員就在三極管的輸入端上加上一個預置的固定的略小于門限電壓的偏置電壓，就使得三極管在靜態(tài)時輸出級電流稍大于零，使得很小的信號電壓時三極管也能導通，有電流輸出，使得晶體管有大于信號半個周期的時間處于導通，交越失真也就不存在了，這就是AB類，AB類功放既克服了B類功放存在的問題，而電效率也大大高于A類功放。