OEP30W频率特性测量

TsinghuaJoking 2020-04-05

简介

在博文"OEP30W D 类音频功率放大器简单测试”中给出了OPE30W的基本连接方式和功能应用。对于该音频放大芯片的输出特性和温度特性是什么?本文给出了测试方案。

在测试芯片的频率相应的时候,需要使用到正弦波产生芯片模块AD9833。所使用到的COM2串口命令如下所示:

from tsmodule.tshardware import *ccloadSerial.write(b'ad9833setfrequency 250\r')

详细的参考资料为:

  1. AD9833数字信号发生器模块 [1]

频率特性测试

由于OEP30W的输出为D类功放输出,需要对输出信号进行低通滤波之后,才能够获得其中的音频信号。下面采用两种低通滤波的方式:

  1. LC低通滤波;
  2. RC低通滤波

1. LC低通滤波

对OEP30W输出SP+,SP-都使用LC低通滤波。如下所示。滤波后的信号在使用DM3068数字万用表交流信号挡进行测量。

下图中电感的容量为: ,电容的容量为: 。那么该低通滤波器的谐振频率为:

测量电路方案

下图是设置输入信号源的频谱从10Hz~10kHz过程中,输入输出信号的变化情况。在LC低通滤波器的作用下,D类功放中的320kHz的PWM信号被滤除的很干净,只剩下呗调制的音频信号。

测量输出 波形

如下是绘制的输出信号的幅度。由于输入信号的幅值是固定的,所以这个曲线就代表了整个系统的幅频特性。

从其中可以看到在5kHz的地方有一个明显的谐振峰值,这是由LC低通滤波器所带来的。

测试电路的幅频响应

为了减少该谐振峰对于OEP30W模块的频率特性的影响,将上面LC中的C的容值改成0.01uF。此时,谐振频率变成了15.9kHz。

下面是重新测量后的输入输出信号的幅值。

输入输出信号

绘制输出信号的幅值随着频率的变化,代表了上述测量系统的幅频特性。其中在4kHz以下,系统的幅频特性非常平坦。

2. RC低通滤波

使用RC滤波来对OEP30W模块中的音频信号进行提取。

如下图所示,其中的电感的改成4.7kΩ的电阻。该低通滤波器的滤波常数所对应的截止频率等于:


使用RC滤波的电路

如下是测量输入输出信号随着频率变化的情况。

输入输出波形

绘制出输出信号的幅值随着频率的变化,代表着上述测量系统的频率特性。该系统呈现明显的低通滤波特性。但是非常奇怪的是,这个曲线对应的 处频率宽度远远小于前面RC时间常数所对应的2127Hz。

使用RC滤波器的响应

修改前面RC低通滤波器的参数:

  1. R= 1k欧姆
  2. C=0.01微法

重复实验,可以获得对应的输入输出波形。可以看到此时低通滤波器输出的信号中原来PWM的高频分量就有了比较明显的成分了。

输入输出波形

绘制出输出信号的幅值,如下图所示,代表了测量系统的频率响应。在高频处,由于受到RC滤波器的影响,系统的高频增益略微下降。

电路的频率特性


3. 测量结论

为了使得PWM输出的低通滤波对音频信号影响减少,使用RC滤波器的效果较好。OEP30W模的频响特性是非常平坦的。能够满足一般的高保证声音的输出。

温度特性

使用热电偶测量OEP30W芯片表面的温度。下图显示了在输出频率为250Hz,负载为4Ω扬声器,工作10分钟内,芯片表面温度的变化。

此时模块的工作电压为12V,工作电流为0.4A左右。十分钟后的温度缓慢上升到55摄氏度。

温度曲线

由于固定热电偶,使用了白色塑料绝缘胶带覆盖了芯片,所以造成芯片的散热受到一定影响。所以如果没有测量的影响,OEP30W工作温度不会超过50摄氏度。

参考资料

[1]

AD9833数字信号发生器模块: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104112884


TsinghuaJoking 这是一个公众号,它不端、不装,与你同游在课下、课上。 卓晴博士,清华大学中央主楼 626A。010-62773349, 13501115467,zhuoqing@tsinghua.edu.cn
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