为您的应用选取最合适的耳机放大器

摘要：本文介绍了各种用在耳机应用中的放大器，并进行了详细的比较。

关键词：放大器；耳机；电容耦合放大器；OCL放大器；接地参考放大器

概述

现今市面上的耳机放大器可谓种类繁多，但在选购指南却很少见到。本文将综合讨论市面上主要类型放大器的优缺点，并结合实际应用为放大器选型提出一些合理建议。

耳机放大器输出概览

在扩音技术发展的早期，耳机已被用来边走边听音乐。经过多年的发展，耳机已基本形成了一个相对通用的配置规格。现今差不多所有的耳机都采用一种名为TRS(尖环套管)连接器的3.5毫米(标称为1/8英寸)三端子连接器。有一少部份的耳机采用比较大的1/4英寸(标称为6.3毫米)格式的TRS连接器。图1所示为一个TRS连接器，这款连接器的最大特点是可共享性，意即它几乎可以连接到市面上任何一个音频或多媒体电子设备上。

图 1  尖环套管连接器

可是，随着耳机应用的日渐普遍，这种共享性也逐渐暴露出了它缺陷：两个扬声器要共享一个连接(或接地)。现今大部份的便携消费电子设备都使用一个正电源来供电。而音频的交流本质会迫使电子设备在电源的单极性与双极性之间出现某程度的电平移位。

　　电容耦合放大器输出
　　使用单一正电源的耳机放大器很容易就可以通过耦合电容器来驱动一个有接地参考的耳机。如图2所示，图中的双通道放大器在中间电源被偏置，并且通过一对耦合电容器来驱动立体声耳机。

图2  电容耦合耳机放大器

为这些电容器选择适当的电容值相对简单，可用以下的数式计算出来：

 

　　其中CMIN是最小的可用电容值， fC是所要求的低截止频率，ZL是耳机的阻抗。举例来说，假如所要求的截止频率为100Hz，负载阻抗是16W，那所需的电容值便应为100mF。可是在实际的情况中，一般都会选用比标准所需更大的电容值从而确保有足够的低音响应，并可将接近截止频率的失真推至更低。

由于经输出电容器会造成电平移位极性，因此通常都会选用一个极化电容器。即使极化电容器具有很高的C-V密度，它们仍然是放大器系统中最大的对象，其体积比起连接器本身更大。

虽然标准的运算放大器也可用作电容器耦合耳机放大器，但当它在上电和下电时一般都会发出很嘈杂的 “卡嗒” 或 “啪啪”声。针对此类应用的放大器例如LM48100，具有一个可控的上电和下电程序，能够有效地消除这种开关噪声。

电容耦合放大器无疑是最便宜的耳机放大器IC。虽然由放大器省回来的成本会某程度地被耦合电容器抵销，但只要HUL空间不是首要考虑的问题，那设计人员一般都会选用电容器耦合耳机放大器。

　　OCL(无输出电容器)放大器
　　驱动接地参考耳机的方法之一便是用第三个放大器来驱动套管(接地)端。如图3所示。图中的第三个放大器在中间电源被偏置，它将套管驱动到一个固定的直流电压。从而AC音频信号在这个中间电源电压的附近被偏置。

图3  无输出电容器耳机放大器

OCL放大器的主要优点是其低音响应可以扩展到直流电源电压。这功能对于大部份系统来说都难以达到。因为电路的其它部份仍可能设有耦合电容器，这些耦合电容器要在很高的阻抗下工作，例如20kΩ。因此要求这些电容器的尺寸和成本要是最低的。

OCL耳机放大器可算是最小的系统。与电容器耦合耳机放大器比较，OCL耳机放大器的成本和功耗相对较大。由于OCL耳机放大器拥有最佳的低音响应，因此对于那些尺寸要求比较苛刻或工作电压最小为2.5V的系统来说，OCL耳机放大器仍是不二之选。

如果管套在接地以上被偏置，有些系统会出现故障。故障通常发生是因为耳机的插口连接着其它的设备而不是耳机。假如有两个系统经一个地线参考(非隔离)接地共享一个接地，那便可能有过大的电流流经套管连接。

　　接地参考放大器输出
　　修正OCL耳机放大器的非接地套管问题的一个方法是使用接地参考耳机放大器。图4所示为一个接地参考耳机放大器。当中放大器电路上的电荷泵会产生出一个负电压，改电压值与正电源相等，但极性恰好相反。该接地参考耳机放大器会在正电源与负电源之间运作，从而使输出产生出一个交流音频信号。

图4  接地参考耳机放大器

与OCL耳机放大器相比，采用接地参考耳机放大器通常都会使电路的成本增加，而且功耗大约是OCL的两倍。然而，接地参考耳机放大器同样拥有极优的低音响应。由于接地参考耳机放大器能够有效地将电源增大一倍，因此即使电压低至1.4V，仍能产生出足够的输出功率。接地参考耳机放大器通常用于对空间要求苛刻的系统中，而且该系统的耳机插口可能需要连接到其它的