TI 700-mW低电压音频功率放大器TPA711的特性及其应

一、简介：
TPA711集成电路是TI专为内置扬声器，外接耳机,为低电压场合应用而开发的桥式（BTL）或单端（SE）音频功率放大器。在3.3V工作电压下，它可在音频范围内，BTL (8Ω负载)工作模式下，输出总谐波失真与噪声值小于0.6%，250mW的连续功率。尽管TPA711具有20kHz以上的工作特性，但其在更窄频段的应用场合，如无线通信场合，效果最佳。BTL电路在大多数应用场合，输出端可以省掉耦合电容器，这点对小型电池的供电设备特别重要。当需要驱动耳机时，TPA711不寻常的特点是可使放大器快速实现从BTL到SE模式切换。这样，省掉了使用机械开关或附属连接装置。对功率敏感的应用场合，TPA711可以在关断模式下工作，借助于专用消噪声电路消除扬声器的噪声。TPA711有8脚SOIC和MSOP两种表面安装的封装形式，它们可以减少50%的电路板面积和40%的高度。图1、图2分别表示其外形图和内部工作框图。表1表示其引脚功能。

二、工作特性和外形图
1. 工作电压范围3.3V～5V；
2. 额定工作电压范围2.5V～5.5V；
3. 输出功率；
① 700mV，当VDD=5V，BTL，RL=8Ω
② 85mV，当VDD=5V，BE，RL=32Ω
③ 250mV，当VDD=3.3V，BTL，RL=8Ω
④ 37mV，当VDD=3.3V，SE，RL=32Ω
4. 关断控制
① IDD=7μA，当3.3V；
② IDD=50μA，当5V；
5．BTL/SE转换控制；
6．热保护和短路保护；
7．集成消噪声电器；
8．表面安装封装；
① SOIC
② PowerPADTMMSOp
外形如图1所示。


图1 D或DGN封装顶视图
D-小外形塑封（SOIC）
DGN-有导热焊盘的小外形塑封（MSOP）

三、工作框图及引脚功能:
图2示出的是工作框图，表1列出了引脚功能。

图2 工 作 框 图

表1 引 脚 功 能

引 脚		输入/输出	功 能
名 称	引脚号
旁 路	2	输入	当用作音频放大时，这个端子应加一个0.1μF-2.2μf的电容
地	7	输入	接地
音频输入	4	输入	音频信号输入
SE/BTL转换	3	输入	当SE/BTL为低时，TPA711工作于BTL模式，反之，SE模式
关 断	1	输入	这个端子为高时，（IDD=7μA）器件关断
电 源	6	输入	电源电压端
V0+	5	输出	SE/BTL的输出正端
V0-	8	输出	SE/BTL的输出负端

四、参数测试电路：
图3、4分别表示BTL、SE模式测试电路图，用以测量电路的参数。

图3 BTL模式测试电路

图4 SE模式测试电路

五、典型应用
1． 桥式输出与单端输出（BTL/SE）模式：
图5给出了工作于BTL模式下的音频功放电路图。TPA711内有两个线性功放来驱动负载。它们工作于差动方式。这样相对于参考地电位，它的输出功率较大。

图5 桥式电路图
输出功率可由下式计算：


(1)
在便携式音频设备中，电路供电电压为3.3V。在8Ω负载单端输出62.5mW的情况下，桥式可输出4×62.5=250mW。即有6dB的功增加。在增加功率输出的同时，对频率响应也应加以注意。
在图6 所示的SE（单端）输出情况下，接至负载的隔直耦合电容Cc是必不可少的，该电容器的容量比较大（3.3μF～1000μF），重量也较大，占印刷电路板的面积大，价格较贵。这个电容对系统的低频响应影响很大。这是由于这个电容和负载间形成的高通滤波而造成的。角频率可由下式计算：
(2)

图6 单端电路和频率响应图

例如，在8Ω负载，输出耦合电容为68μF时，将对293Hz以下的频率加以衰减。而在BTL模式下，抵消了直流失调电压，省掉了输出输出耦合电容，低频特性只取决于输出回路和扬声器特性。同时电路体积和造价也相应降低。

2． BTL放大器效率：
线性放大器的效率低，这主要是因于输出功率管上的管压降。首先是功率输出管上的直流压降和输出功率成反比，其次是由于正弦波本身的原因。管压降可由VDD减去输出电压的RMS（均方根值）值得到，管压降乘以电源电流的RMS，即可算出管耗。
虽然流过BTL，SE功率负载的电压，电流都是正弦波，但是电源电流的波形是很不相同的。在SE模式下的电流波形是半波，而在BTL模式下是全波，这就意味着它们的波形因数（因子）不同，参见图7。利用下面的公式可以计算放大器的效率：
(3)
式中：


图7 BTL放大器的电压、电流波形




（4）

表2给出了输出功率不同条件下计算得到的效率。当输出功率低时，电路效率也低，随着输出功率的增加，电路的功率也增加。在正常工作范围内，内部功耗几乎为恒定值。从方程（4）可以看出，电源电压VDD下降，电路效率增加。

表2 3.3V 8Ω BTL模制中效率与输出功率的关系

输出功率（W）	效率（%）	峰值到峰值的电压	内部功耗
0.125	33.6	1.41	0.26
0.25	47.6	2.00	0.29
0.375	58.3	2.45	0.28

*高的峰值电压值引起总谐波失真增大。

3．典型应用电路
图8是一个典型便携式音频放大电路，电路电压增益为-10。

图8 TPA711应用电路
下面讨论图8中电路元器件的选用。