OEP30W频率响应

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

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： $L = 10mH$，电容的容量为： $C = 0.1\mu F$。那么该低通滤波器的谐振频率为：
$f_{con} = {1 \over {2\pi \sqrt {L \cdot C} }} = {1 \over {2\pi \sqrt {10 \times 10^{ - 3} \times 0.1 \times 10^{ - 6} } }} = 5032.9Hz$

^{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。

^{测量输入输出波形}

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一下，系统的幅频特性非常平坦。

^{系统的频率响应}

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： $f = {1 \over {R \cdot C}} = {1 \over {4.7 \times 10^3 \times 0.1 \times 10^6 }} = 2127Hz$

^{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 $1/\sqrt 2$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。