耳機放大器設計手冊

《耳機放大器設計手冊》是2022年人民郵電出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：耳機放大器設計手冊
• 作者：王新成
• 出版社：人民郵電出版社
• 出版時間：2022年11月1日
• ISBN：9787115598073

內容簡介

本書以耳機放大器為核心，以耳機、電源和接口為外圍，以聽音感受和電磁兼容性為使用環境，深入淺出地介紹了高保真耳機放大器的設計理念和製作細節，以大量的實驗電路和圖表向讀者展現了耳機放大器設計的全貌。“興趣是探索的動力，動手是最深刻的學習”，這是作者通過本書所倡導的觀念。

本書主要內容包括∶耳機放大器的背景知識、耳機放大器的設計方法、積體電路耳機放大器、低電源電壓耳機放大器、分立元器件耳機放大器、基於運算放大器的耳機放大器、電流反饋耳機放大器、無交越失真的乙類耳機放大器、數字耳機放大器、電子管耳機放大器、耳機放大器的接口、耳機放大器專用電源等。

本書適合於音響愛好者和從事音頻攜帶型電子產品設計的研發人員閱讀，也適於作為工科非電子專業大學生擴展知識面的科普讀物。

圖書目錄

第 1章 耳機放大器的背景知識 1

1．1　認識耳機　1

1．1．1　耳機中的電聲轉換器　1

1．1．2　耳機的特性　8

1．1．3　耳機的品牌和產地　31

1．2　認識耳機放大器　35

1．2．1　耳機放大器的特性　35

1．2．2　耳機放大器的電路結構　37

1．2．3　耳機放大器的性能指標　38

第　2章 耳機放大器的設計方法　41

2．1　電子系統　41

2．1．1　電子系統的特徵　41

2．1．2　電子系統設計方法　42

2．1．3　耳機放大器是什麼規模的電子系統？　42

2．2　音頻信號的特性　44

2．2．1　認識聲音　44

2．2．2　音頻信號的數位化　53

2．3　耳機放大器的設計原則　70

2．3．1　物理原則　70

2．3．2　聲壓級原則　74

2．3．3　增益原則　76

2．3．4　高保真原則　79

2．4　耳機放大器的設計方法　82

2．4．1　選擇拓撲結構　82

2．4．2　穩定性補償方法和最佳化　102

2．5　電路的傳統設計方法和工具　112

2．5．1　電路的傳統設計方法　112

2．5．2　電路的傳統設計工具　114

2．6　電路的EDA設計方法和工具　123

2．6．1　設計和仿真工具SPICE　123

2．6．2　建模和計算工具MATLAB　132

第3章　積體電路耳機放大器　138

3．1　集成耳機放大器的概況　138

3．1．1　與數字信源的連線　138

3．1．2　電壓增益和輸出功率　140

3．1．3　電路結構　140

3．1．4　封裝形式　143

3．2　虛擬地技術　145

3．2．1　等電平虛擬地　145

3．2．2　負電壓電荷泵　146

3．3　低功耗技術　148

3．3．1　啞音和待機關斷　148

3．3．2　G類放大器　148

3．3．3　H類放大器　150

3．3．4　I類放大器　151

3．3．5　D類和數字放大器　151

3．4　數字電位器音量控制技術　152

3．4．1　數字電位器的工作原理　152

3．4．2　耳機放大器晶片中的數字電位器　154

3．5　差異化設計　155

3．5．1　量身定製的耳機放大器晶片　155

3．5．2　功能創新的耳機放大器晶片　157

3．6　集成耳機放大器的套用　159

3．6．1　在普通手機中的套用　159

3．6．2　在音樂手機中的套用　160

3．6．3　在無損播放器中的套用　163

3．6．4　在前置放大器中的套用　163

3．6．5　典型耳機放大器晶片特性表　164

3．7　耳機放大器晶片發展　165

3．7．1　耳機放大器晶片與音頻OP的比較　165

3．7．2　耳機放大器晶片的未來　166

第4章　低電源電壓耳機放大器　168

4．1　低壓耳機放大器的歷史和現狀　168

4．1．1　電晶體和運算放大器在低壓下的性能　168

4．1．2　低壓電器歷程　170

4．1．3　關於電池　170

4．1．4　低壓耳機放大器的結構　172

4．2　低壓運算放大器　176

4．2．1　低壓運算放大器的歷史　176

4．2．2　軌至軌低壓運算放大器的電路結構　176

4．2．3　常見的低壓運算放大器　178

4．3　實驗低壓緩衝器　178

4．3．1　運算放大器緩衝器　179

4．3．2　菱形電壓跟隨器　180

4．3．3　結型場效應管互補跟隨器陣列　181

4．3．4　自舉電晶體緩衝器　181

4．4　直接用電池供電的低壓耳機放大器　182

4．4．1　運算放大器驅動菱形電壓跟隨器　182

4．4．2　運算放大器驅動自舉電晶體緩衝器　183

4．4．3　全分立元器件低壓耳機放大器　183

4．4．4　集成低壓OP耳機放大器　184

4．5　使用升壓變換器的低壓耳機放大器　185

4．5．1　使用一節鎳氫電池的差分耳機放大器　185

4．5．2　使用一節鎳氫電池的耳機分配放大器　188

4．5．3　使用一節鋰電池的高阻耳機放大器　189

4．6　低壓耳機放大器中的特殊電源　190

4．6．1　把單電壓變換成雙電壓　190

4．6．2　半壓偏置電源　191

4．6．3　虛擬地電源　192

4．7　低壓耳機放大器中高頻開關電源　192

4．7．1　升壓變換器　193

4．7．2　負壓變換器　195

4．8　開關電源設計舉例　197

4．8．1　把1．2V升壓到±5V的開關電源　197

4．8．2　把3．7V升降壓到±12V的開關電源　200

4．8．3　開關電源耳機放大器中的電磁干擾和對策　204

4．8．4　開關電源在低壓耳機放大器中的最佳化設計　205

第5章　分立元器件耳機放大器　207

5．1　經典功率放大器的電路結構　207

5．1．1　功率放大器的結構演變　207

5．1．2　經典功率放大器的基本電路　208

5．1．3　經典功率放大器的性能　209

5．2　經典功率放大器的改進途徑　210

5．2．1　從哪裡入手改進　211

5．2．2　改進電路的性能　212

5．3　經典耳機放大器的範例　213

5．3．1　經典耳機放大器的實際電路　214

5．3．2　實際電路的改進細節　215

5．3．3　經典耳機放大器的性能　217

5．4　兩級電壓放大結構的甲類耳機放大器　219

5．4．1　兩級電壓放大結構的進一步改進　219

5．4．2　場效應管甲類耳機放大器的實際電路和性能　226

5．5　實驗三級電壓放大結構甲乙類耳機放大器　230

5．5．1　三級電壓放大結構的優勢和缺陷　230

5．5．2　設計思想和電路結構　232

5．5．3　三級電壓放大結構的實驗結果　236

第6章　基於運算放大器的耳機放大器　240

6．1　音頻運算放大器的特點　240

6．1．1　運算放大器的黑匣子特性　241

6．1．2　電壓反饋運算放大器和電流反饋運算放大器　242

6．1．3　失調電壓和失調電流　243

6．1．4　增益特性　244

6．1．5　噪聲特性　245

6．1．6　失真特性　250

6．1．7　轉換速率　251

6．1．8　共模抑制比和電源抑制比　252

6．1．9　具有代表性的音頻運算放大器　253

6．2　運算放大器耳機放大器的結構　255

6．2．1　運算放大器與電晶體的組合結構　255

6．2．2　運算放大器與集成緩衝器的組合結構　255

6．2．3　全運算放大器結構　256

6．2．4　分配放大器　256

6．3　電壓放大器的設計　257

6．3．1　直接用運算放大器作電壓放大器　257

6．3．2　擴展運算放大器輸出電壓的方法　263

6．4　電流放大器的設計　265

6．4．1　直接用運算放大器作電流放大器　265

6．4．2　擴展運算放大器輸出電流的方法　268

6．5　基於運算放大器的耳機放大器設計實例　273

6．5．1　電路結構　273

6．5．2　數字電位器音量控制　274

6．5．3　低噪聲電壓放大器　277

6．5．4　畸變校正器　282

6．5．5　電流放大器　283

6．5．6　整機電路和性能指標　284

6．6　耳機放大器中的運算放大器文化　287

第7章　電流反饋耳機放大器　289

7．1　電流反饋放大器的電路模型　289

7．1．1　電路中的四種傳輸函式　289

7．1．2　電流反饋放大器的電路模型　290

7．2　電流反饋放大器的基本電路和改進途徑　291

7．2．1　電流反饋放大器的基本電路　291

7．2．2　基本電路的改進　292

7．3　電流反饋耳機放大器電路的演進　295

7．3．1　用菱形電壓跟隨器的電流反饋耳機放大器　295

7．3．2　用級聯放大器的電流反饋耳機放大器　295

7．3．3　用電流鏡的電流反饋耳機放大器　296

7．3．4　用誤差控制環路的電流反饋耳機放大器　297

7．4　用電流反饋運算放大器設計耳機放大器　298

7．4．1　電流反饋運算放大器的特性　299

7．4．2　驅動低阻耳機的電流反饋耳機放大器　307

7．4．3　驅動高阻耳機的電流反饋耳機放大器　309

7．4．4　用複合放大器改進電流反饋耳機放大器的精度　310

7．5　電流反饋耳機放大器與電壓反饋耳機放大器的對比　313

7．5．1　在波特圖上尋找寬頻和高速的原因　314

7．5．2　設計和製作的困惑　315

7．5．3　學習和理解的過程　316

7．5．4　是否真的需要一台電流反饋耳機放大器　316

第8章　無交越失真的乙類耳機放大器　317

8．1　關於乙類放大器　317

8．1．1　乙類放大器的定義　317

8．1．2　理想乙類放大器的概念　318

8．1．3　乙類放大器的交越失真　318

8．2　消除交越失真的方法　322

8．2．1　消除交越失真的傳統方法　322

8．2．2　用電橋消除交越失真　325

8．2．3　用誤差前饋消除交越失真　329

8．3　分立元器件乙類耳機放大器設計　331

8．3．1　兩級電壓放大結構的乙類耳機放大器　332

8．3．2　三級電壓放大結構的乙類耳機放大器　335

8．3．3　分立元器件乙類耳機放大器的討論　338

8．4　基於運放的乙類耳機放大器設計　340

8．4．1　誤差前饋乙類耳機放大器的設計　340

8．4．2　電抗橋乙類耳機放大器的設計　349

8．4．3　把50周年紀念版耳機放大器改造成乙類　354

8．5　乙類耳機放大器的現狀和前景　358

第9章　數字耳機放大器　360

9．1　什麼是數字音頻放大器　360

9．1．1　D類放大器和數字音頻放大器的區別　360

9．1．2　D類放大器和數字音頻放大器的種類和結構　361

9．2　數字音頻放大器的設計方法和工具　363

9．2．1　EDA工具　363

9．2．2　選擇拓撲結構　363

9．2．3　計算理想狀態的極限性能　364

9．2．4　設計工程電路　367

9．3　實驗模擬信號輸入的分立元器件PDM耳機放大器　369

9．3．1　把離散時間域的模型轉換成連續時間域的電路　369

9．3．2　用反相器實現單元電路的功能　370

9．3．3　構建仿真電路　372

9．3．4　設計實際電路　376

9．4　實驗數位訊號輸入積體電路PDM耳機放大器　381

9．4．1　數字音頻信號傳輸接口器件和電路　381

9．4．2　AES/SPDIF解調器　382

9．4．3　音頻數據電平轉換器　386

9．4．4　PDM放大器　386

9．4．5　重建濾波器　390

9．4．6　電源　392

9．4．7　控制電路　392

9．4．8　放大器的性能　392

9．5　數字類耳機放大器的現狀和未來　394

第　10章 電子管耳機放大器　396

10．1　為什麼要用電子管耳機放大器　396

10．1．1　懷舊情懷和文化傳承　396

10．1．2　電子管耳機放大器的電路結構　397

10．1．3　電子管耳機放大器的資源　399

10．2　單級放大器　400

10．2．1　電路結構　401

10．2．2　用高互導五極管設計單級耳機放大器　401

10．2．3　用雙三極體設計單級耳機放大器　406

10．3　兩級放大器的電路結構　407

10．3．1　傳統兩級單端無反饋放大器　407

10．3．2　全局負反饋的接入方法　413

10．3．3　理想功率放大器的實現方法　414

10．4　非線性反饋放大器　415

10．4．1　超三極體的概念　416

10．4．2　基本單元電路分析　420

10．4．3　設計要點　425

10．4．4　實驗電路　428

10．4．5　從理想功率放大器的定義理解超三極體耳機放大器電路　434

10．4．6　超三極體與SRPP電路的區別　435

10．5　誤差校正放大器　436

10．6　認識輸出變壓器　437

10．6．1　輸出變壓器的基本原理　437

10．6．2　輸出變壓器的解析分析　438

10．6．3　輸出變壓器的設計方法　446

10．6．4　輸出變壓器的替代方法　450

10．7　電子管耳機放大器的電源　451

10．7．1　傳統整流電源　451

10．7．2　線性穩壓電源　466

10．8　高頻開關電源　487

10．8．1　高頻開關電源簡介　487

10．8．2　乙電電源　492

10．8．3　燈絲加熱電源　498

第　11章 耳機放大器的接口　501

11．1　耳機放大器的接口　501

11．1．1　模擬信號接口的種類　502

11．1．2　數位訊號接口的種類　502

11．1．3　空中接口　503

11．1．4　控制接口　503

11．1．5　電源接口　503

11．2　數位訊號接口　504

11．2．1　AES3專業接口協定　504

11．2．2　S/PDIF接口協定　506

11．2．3　USB音頻接口協定　507

11．2．4　SD/TF存儲卡協定　514

11．2．5　連線器和調理電路　523

11．3　空中接口　534

11．3．1　藍牙音頻接口　535

11．3．2　PuruPathTM和WUSB數字音頻接口　557

11．3．3　紅外線數字音頻接口　557

11．4　控制接口　558

11．4．1　耳機放大器中的控制項目　558

11．4．2　音量控制　566

11．4．3　SPI匯流排　578

11．4．4　I2C匯流排　580

11．4．5　微處理器　587

11．5　電源接口　597

11．5．1　耳機放大器中的電源接口　597

11．5．2　電源適配器　599

11．5．3　電源連線器　600

11．5．4　電源干擾　604

第　12章 耳機放大器專用電源　624

12．1　耳機放大器電源的結構　624

12．1．1　為什麼要用電池　625

12．1．2　功能模組的工作原理　626

12．1．3　選擇電池　633

12．2　電源路徑管理電路的設計　633

12．2．1　選擇晶片　633

12．2．2　外圍電路設定　633

12．2．3　電源選擇邏輯　636

12．2．4　電量計電路　636

12．3　DC-DC變換器的設計　637

12．3．1　選擇控制晶片　638

12．3．2　輸出變壓器的參數計算　640

12．3．3　輸入變壓器的參數計算　642

12．4　線性穩壓電源的設計　643

12．4．1　正電源參數計算　644

12．4．2　負電源參數計算　644

12．4．3　穩壓電源的性能　645

12．5　輔助電源　646

12．5．1　輔助電源的功能和結構　646

12．5．2　輔助電源的實例　646

12．5．3　輔助電源的注意事項　648