表2 三種表貼型陶瓷電容的參數(shù)
圖2(c)同樣給出了一個(gè)隨機(jī)選取的能孔陶瓷電容器的測(cè)試曲線。從圖上觀察，對(duì)于X5R的陶瓷電容器來(lái)說(shuō)，在-3db截止頻率(1kHz點(diǎn))附近最差的THD+N值為0.2%,相當(dāng)于-54db的失真。大多數(shù)16位音DAC和編解碼器（CODEC）的THD指標(biāo)都優(yōu)于這個(gè)數(shù)值。在這里，我們需要注意COG介質(zhì)電容器具有非常低的電壓系數(shù)，但它的最大電容量受到限制，通常最大值只有0.047μF。上述測(cè)試用了1μF電容器，所以沒(méi)有包括COG電容器。
4 怎樣避免電容器電壓系數(shù)的影響
圖3所示音頻放大器采用了一種新穎的交流耦合方式，它與傳統(tǒng)的耦合電路配置相比只需要非常小的耦合電容器。圖中輸入電容器（C1）的容量?jī)H為0.047μF。因此，我們可以采用電壓系數(shù)非常低的COG/1206陶瓷電容器這樣可以最大限度地降低電壓系數(shù)的影響。運(yùn)算放大器（必須采用低偏置電流的放大器，例如MAX4490型）的直流反饋由兩個(gè)100kΩ的電阻器（R3和R4）組成，C2和R5用來(lái)衰減直流反饋環(huán)路的音頻頻率。主要音頻反饋元件為R1、R2和C1三個(gè)無(wú)源元件。根據(jù)圖中所示的元件值，該電路的-3db截止頻率設(shè)置在5Hz。
圖3示出一種新穎的輸入耦合配置音頻放大器允許采用較小容值的COG/1206陶瓷電容器作為輸入耦合電容器，以最大限度地降低電壓系數(shù)的影響，適用于便攜式音頻放大器。復(fù)合反饋環(huán)路基本上具有一階的低頻衰減響應(yīng)，但是它民可以調(diào)整為兩階響應(yīng)的高通濾波器。調(diào)整圖3中的相關(guān)無(wú)源元件時(shí)需要注意放大電路的過(guò)載響應(yīng)和與之相關(guān)的峰值。圖示電路具有近似的最大平坦度高通響應(yīng)。這個(gè)電路可以簡(jiǎn)單運(yùn)用到偽差分和全差分輸入級(jí)放大電路設(shè)計(jì)中。
圖4所示是圖3音頻放大器的頻率響應(yīng)曲線，頻率低于10Hz時(shí)該電路具有-20db/每10倍頻程的衰減，它的-3db截止頻率位于5Hz附近。圖5所示立體聲耳機(jī)放大器MAX4410彩了一種創(chuàng)新的專(zhuān)利技術(shù)即DirectDrive。盡管采用單電源供電，但其輸出直流電平被設(shè)置在0V，因此，放大器輸出可以采用直流耦合方式直接與耳機(jī)連接。DirectDrive技術(shù)具有如下的優(yōu)勢(shì)：
●不需要采用大容量的（100μF~470μF典型值）隔直耦合電容器，避免了電容器的電壓系數(shù)所造成的輸出音頻THD指標(biāo)惡化。
●圖5所示電路具有極低的-3db截止頻率，根據(jù)輸入電容和輸入電阻可以計(jì)算出截止頻率為1.6Hz。如果我們考慮標(biāo)準(zhǔn)交流耦合的16Ω耳機(jī)放大器具有同樣的1.6Hz的-3db截止頻率點(diǎn)，那么，需要的耦合電容器容值為6200μF。因此放大器的低頻響應(yīng)幾乎與負(fù)載無(wú)關(guān)。
●節(jié)省了大容量的交流耦合電容器也節(jié)省了電路板面積。同時(shí)，大容量耦合電容器相對(duì)于MAX4410需要的1μF和2.2μF的小陶瓷電容器來(lái)說(shuō)，價(jià)格也偏高。
● 這種輸出架構(gòu)支持吸入和源出（相對(duì)于以地為參考的負(fù)載）負(fù)載電流。MAX4410放大器內(nèi)部集成了電荷泵，它產(chǎn)生一個(gè)與輸入正電源（Vdd）極性相反的負(fù)電源（Pvss）。放大器輸出電壓擺幅將接近2Vdd，是傳統(tǒng)單電源交流耦合耳機(jī)放大器輸出擺幅的2倍。
圖5所示MAX4410典型的立體聲耳機(jī)放大器應(yīng)用電路。設(shè)置輸入電容Cin等于10μF時(shí)能夠?qū)㈦娙萜麟妷合禂?shù)的影響限制到亞音頻頻率，該電路省略了大容量的輸出耦合電容器。
在這個(gè)例子中，我們只需選擇一個(gè)合適的輸入耦合電容器（包括容量和介質(zhì)類(lèi)型）以盡量降低電壓系數(shù)的影響。如果選定10kΩ的輸入電阻器和10μF的輸入陶瓷電容器Cin，那么該電路的-3db截止頻率等于1.6Hz。
關(guān)于大容量電容器，圖6給出兩種100μF電容器和16電阻器組成的無(wú)源高通濾波器的THD+N與頻率的關(guān)系曲線。在100Hz、-3db截止頻率，兩種電容器的電壓系數(shù)均會(huì)導(dǎo)致THD指標(biāo)惡化。100μF的鉭電容器在-3db截止頻點(diǎn)THD+N指標(biāo)為0.2%。如果采用Maxim專(zhuān)有的DirectDrive放大器，因?yàn)槭÷粤诉@個(gè)大容易輸出耦合電容器，可大大改進(jìn)低頻和音頻質(zhì)量。在圖6所示曲線中，MAX4410測(cè)試曲線近似等于參考值。
圖6所示是兩種不同類(lèi)型的100μF電容器（鉭電容器和鋁電解電容器），驅(qū)動(dòng)16Ω負(fù)載，-3db截止頻率等于100Hz。Maxim專(zhuān)有的DirectDrive放大器省略了這個(gè)大容量的輸出耦合電容器。
5 總結(jié)
模擬音頻電路中的無(wú)源元件會(huì)對(duì)音頻質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。我們采用標(biāo)準(zhǔn)的音頻測(cè)試設(shè)備可以簡(jiǎn)單地對(duì)這種不良效果進(jìn)行評(píng)估和檢查。觀察上述不同類(lèi)型電容器的測(cè)試結(jié)果就會(huì)發(fā)現(xiàn)：锃電解電容器和聚酯電容器具有極低的THD，而X5R陶瓷電容器的THD測(cè)試結(jié)果最差。當(dāng)我們選擇有源器件時(shí)，在音頻通道應(yīng)該盡量減少交流耦合電容器的數(shù)量。例如，對(duì)于耳機(jī)放大器來(lái)說(shuō)選擇差分信號(hào)通路或DirectDrive放大器。如果可能，在設(shè)計(jì)音頻電路的時(shí)候盡量采用低容量的電容器，例如COG或PPS介質(zhì)電容器，可以有效降低電容器電壓系數(shù)的不良影響，同時(shí)將-3db截止頻率設(shè)定到亞音頻范圍內(nèi)。
