用TA2020打造精致桌面功放
现如今D类功放以其高效率已经风靡天下。在众多的Class-D功放芯片中，尤其以Tripath公司生产的D类功放芯片TA2024、TA2020和TA2022受到网友和业内的一致热捧，甚至有人将其称为T类功放。取自Tripath公司的首字母"T"。三款芯片是同一系列的芯片，电气参数都差不多，只是输出功率有稍许不同，考虑到输出功率和电源系统的复杂度等诸多因素，笔者决定采用TA2020来打造一款属于自己的桌面功放。
一、TA2020简介
TA2020这款集成音频功放芯片在网上已经有很详细的资料，在此笔者就不再赘述，只稍微介绍一下其特性：TA2020工作在单电源8.5~14.6V。
典型值是12V。4Ω负载输出功率为10W是其THD+N仅为0.03%；在输入对地短接的情况下其输出噪声电压只有100V；D类功放的高效率让AB类功放望尘莫及，8Ω负载输出12W的情况下其效率可高至88%.在没有散热片的情况下仍可正常工作；动态范围
103dB,堪比高保真音响；设置了静音和关断模式引脚，关断状态的静态电流仅为0.25mA;开关机时的"砰砰"声抑制系统，可有效保护扬声器，延长扬声器的使用寿命；过流过热保护；桥式推挽输出和易于焊接的32脚SSIP封装。
二、电路原理
整机电路如图1所示。芯片的10脚和12脚为音频输入引脚，严禁有直流输入，否则会影响其静态工作点，输入端要有耦合电容隔掉直流。电阻R1、R2、R3、R4决定芯片的增益。R1和R3为输入衰减电阻。电路的输入电阻即可认为是R1、R3的阻值；R2、R4为输入反馈电阻，芯片增益的计算公式为：
图1整机电路原理图
数据手册上对R1、R2、R3、R4的推荐值是20K,这样通过上式可计算出电路电压增益是12倍，输入电阻是20K.由此可推算出4负载情况下要想满负载输出（20WX2），输入音频方均根电压值应为：
芯片30脚为内部基准5V电源引脚，向外部提供5V电压。分别提供给2脚（内部数字5V电源）和8脚（内部模拟5V电源）使用。PCB板设计时都要分别在尽量靠近这三个引脚的地方放置一个低等效串联电阻（RES）的退耦电容。这样才能使芯片工作于最佳状态。6脚为芯片输入过载指示引脚，当芯片输入过载时引脚电平被置高，但是其输出电流不能驱动LED发光，故要外加LED驱动，作为输入过载指示。14脚为输入端电压偏置引脚，将输入引脚端电压偏置在大约2.4 V,故在使用极性电容作为输入耦合电容时应将电容正极朝向芯片。芯片17脚为关断引脚，低电平有效，这里借用单片机系统中的上电复位电路，这样使芯片延迟启动，减少启动的瞬态冲击电流，有效减小开机"砰"声。
保护扬声器。18脚为输出过载和短路指示引脚，高电平有效。该引脚可串接一个最小200Ω的电阻驱动LED发光，把此脚和11引脚（静音）短接可在出现输出短路的情况下关断芯片。保护芯片。21、23、24、26引脚分别为左右声道的差分输出引脚。
29脚为升压电荷泵输出引脚，标称值是比电源电压高10V左右，实测芯片正常工作时12V电源电压下该引脚的电压为20V.31脚和32脚为升压泵开关引脚，32脚上为
300kHz方波。幅度处于电源电压和地之间（实测12V电源电压情况下为6V），31脚上幅度标称值比32脚高10V,但频率相位均与32脚相同，在31和32脚之间靠近引脚的地方跨接一个104的低RES电容，此电路中使用瓷片电容。
和大多数的D类功放一样。在芯片的输出端要加LC低通滤波器。以滤除高频杂波，避免高频杂波在扬声器上的热消耗，保护扬声器。提高芯片效率；与此同时。在也要加上茹贝尔消振回路（图中C15和R7、R8的串联网络），防止自激。由于贴片1206封装的10Ω电阻只能达到1/4W,而此网络中要求至少1/2W的电阻。故笔者使用两个1/4W的20Ω的电阻并联，以达到要求。在输出端靠近扬声器的地方要跨接一个104的电容，以抵消扬声器线圈的感性负载。为了避免扬声器的反馈电流倒灌入芯片。在芯片的每个输出脚靠近管脚的地方反向对地跨接一个肖特基二极管。以吸收扬声器负载的反射电流。肖特基二极管要尽量靠近芯片。
电源滤波电容有两个作用，一是给芯片工作提供瞬态大电流，二是滤除电源杂波，使声音更干净。
滤波电容的选取方法：在给电源端并联大电解电容的基础上在并上几个小的瓷片电容。滤除电源的高频杂波，在此笔者推荐使用多个小电容并联，以最大限度的减小电容的RES,达到更好的效果。另外要在芯片的每个电源端跨接一个104的退耦电容到地。以消除自激。实际PCB布局中的电容分布并不像笔者原理图中表示的那样所有的电容均跨接在电源输入点，而是在芯片的每个电源引脚上都放置了一个104的退耦电容。
三个LED指示灯，D1 1是输入过载指示，D12是输出短路（包括输出端两端短路、输出对地短路和输出对VCC短路）指示。D13是电源指示灯。
三、元器件选择
元件清单如表1所示。
表1 元件清单
四、PCB布局布线
PCB布线采用双层布线，以减小EMI干扰，保证音质。
D类功放对PCB布线的要求不像AB类功放那样苛刻。但是，D类功放的布线除了解决通常的地线问题外，由于其内部的高频率开关信号的影响，故还要考虑EMI的问题。输入要尽量和输出线、电源线远离，必要时还要加上隔离措施。输出线要尽量短而直。减小EMI干扰。输出线要流过2A左右的电流，要将线宽设在1mm以上。笔者在输入引线的两侧都放置了一排通孔，以屏蔽外界干扰；把输入和输出引线布局在不同的层面，也是能够最大限度的减小输出大电流对输入信号的干扰。得益于TA2020的设计巧妙。很多功能都被集成在芯片内部，只需很少的几个外围元件即可。外围电路不是很复杂，故对整个PCB板使用大面积接地即可。最终交由制版厂家做出的PCB版图如图2所示。
图2(a)PGB板顶层图2(b)POB板底层
五、焊接
笔者使用35W外热型电烙铁进行了焊接，由于本次制作大量使用了表贴元件。增加了焊接难度。
焊接贴片元件时一定要非常小心。尤其是在焊接输入耦合钽电解电容时要特别注意电容的极性。在焊接输出滤波电感、电源接口、输入接口和输出接口时焊接时间最好长些。好让焊锡通过元件的引脚插孔流到另一面。增加焊接牢固性。芯片每个引脚的焊接时间不要超过5S.以免温度过高烫坏芯片。D类功放的高效率使得在设计中使用一个很小的散热片即可。但散热片要紧贴芯片背面裸露的散热铜片。
可使用小螺丝加以固定，散热片要在电气上可靠的接地。焊接完成的功放板如图3、图4所示。
图3芯片TA2020特写及焊接完成的功放板正面
图4焊接完成的功放板反面及反馈电阻局部放大图
由于笔者疏忽。将反馈电阻R2和R4的位置画错了，故笔者在焊接时直接将20K的反馈电阻分别直接焊在了芯片的9脚与10脚和12脚与13脚两个引脚之间（如图4所示），采取了补进措施，芯片正常，但是在PCB板子上却磐下了一个很不好的污点。六、主观试听
焊接完成后，笔者迫不及待的想要一"睹"笔者亲手打造的桌面功放的风采。在确保每个焊点都正常、每个元件都焊接无误，用万用表测试电源没有对地短路的情况下，便通电试听了。笔者先用了一个廉价的喇叭作"炮灰"（不舍得自己宝贵的无源箱子），无输入的情况下（输入端悬空）竟然没有一点低噪！怀疑是喇叭灵敏度太小，先不管。检测输出端直流电压。左声道1 7mV.右声道2.8mV,正常范围，输入mp3时有音乐放出，看来一切正常，这下就可放心的接上我的箱子了。
笔者的无源箱子是笔者在佛山实习的时候购得，没有铭牌，只标明了频响50Hz一16kHz.低音单元口径5英寸，阻抗6Ω（由笔者后来自己测试得到），功率40W;硬模反球顶高音单元，声音纯正，标准的书架音箱配置，如图6（a）所示。笔者可以说是对其一"听"如故，把实习补贴的余下的钱全都砸到这对箱子上了。
接上箱子，无输入的情况下把耳朵贴在箱子的喇叭旁边，仍几乎听不到任何底噪！着实令我很惊讶！这么一款芯片竟有如此好的性能！插入CD,放出了我的最爱一beyond 的《海阔天空》，那磅礴的气势铺面而来，将低音鼓和贝斯声表现的淋漓尽致，黄家驹的高音也刻画的完美至极！基于摇滚歌手张震岳的《爱我别走》改编的阿岳正传主题曲前奏的高音和低音结合体对功放是绝佳的考验。接上之后试听，其高音表现的令人非常满意，穿透力很强，低音也堪比市面上500块钱的2.0声道音响。
图5 1kHz正弦波单端输出波形图6(a)双端输出测试现场，右边为笔者的无源
箱子
七、客观测试
由于是自己亲手打造，主观试听多少会有点主观因素在里面。为了对它的综合性能进行一个全方位的测试。笔者将其搬到了实验室。
笔者用DSl022C双通道数字采样示波器先对功放输出单端测试，输入5Q0mVpp的正弦波，测试现场如图5所示，示波器上显示出了完美的反相的两条正弦波。
单端输出测试完毕。笔者测试了10Hz到80kHz数个典型的频率值的500mVpp的正弦波双端输出波形，1 kHz正弦波的输出波形如图6（b）所示。
图6(b)1kHz正弦波响应图7 TA2020功放板的幅频响应曲线
由得到的数据可以画出此功放的幅频特性曲线，如图7所示，可见在整个音频频率域内功放的增益非常稳定，可贵的是在10Hz的情况下功放增益还能达到1 1.76倍，只是在20kHz时增益有些偏小。
由于输出LC低通滤波器的谐振点在70kHz.故输出在70kHz时达到谐振，增益最大（14.24倍），但是效率已经很低，从芯片的发热程度可以表现出来。
笔者又对其进行了方波测试，分别取200Hz、1kHz、10kHz、20kHz、70kHz这几个频点进行了测试。输出波形如图8所示。10kHz以下的频点上响应波形还很完美，频率达到20kHz,由于输出端LC低通滤波器的缘故，已经明显失真了。在70kHz时已经完全变成了正弦波。
图8(a)1kHz方波响应图8(b)70kHz方波响应
八、结束语
自己亲手打造的精品功放现在正在使用当中，她每天都带给我完美的听觉享受。这个的功放没有使用任何发烧器件，却仍然表现出了其优越的性能！
试听数字功放TA2020感受
家中的功放是胆机，现在天热，刚开机一会，机器就热的不行，感觉费电也不少。正好朋友手中进了一台乐派的汽车功放，成本价60元拿回来一台。芯片是当下热议的数字功放TA2020-020，用开关12V电源试机，感觉竟然不输给我的胆机。但还是有差别的。具体如下：
1、中高音，特别是人声比较出色，但低音稍差。
2、单电源，超低的功耗，连续开机2个小时，小散热器只是微热，感觉有点不可思议。
3、最好用12V3A开关电源，试着用传统的变压器电源，感觉不如开关电源音质，我是木耳多少也能听出来。
4、能推8吋箱，感觉推5.25吋应该是绝配。
社会在发展，特技在进步，在试听了一段时间后，我已决定让我的电子胆管功放下课了，音质不输胆机，不输LM3886。
T类功放设计、制作（TA2024、TA2020、TA2022等）
什么是T类
T类是Tripath生产的具有D类功放效率、同时音质媲美AB类功放的新功放类型（详细工作原理请参考Tripath官方资料）。所谓T，就是取Tripath首字母。目前最多被DIYer 热捧的有TA2024、TA2020和TA2022等型号；在成品机中，Sonic Impact Technologies 早在2003年就有T-AMP推出。
T类功放电路（TA2024篇）
TA2024的电路板设计
在电路中，Pin1（＋5VGEN）是芯片输出其内部产生的5V基准电源，电阻分压后得到约2.4V偏压，通过1M左右电阻接输入管脚，调节分压电阻，就可以调节输出的直流电平（注：最佳输出直流U0＝0V，过大的直流电平可能引起静态噪音并导致开关机冲击声，甚至损坏扬声器）。功放输入采用比较典型的电容耦合形式，R5和R6是反馈电阻，和输入电阻一起决定了功放增益Av，例如第一个声道增益 Av1＝12×（R5/R2）。
Pin12是MUTE（静音）控制输入引脚。将该引脚上拉到高电平（5V逻辑）时候，处于“静音”状态；接地时候则为“非静音”，即正常工作状态。需要注意该引脚具有内部上拉，所以如果悬空不用，芯片默认处于“静音”状态。
Pin19 是Fault（出错标志）输出引脚。如果电路出现过热、输出对地短路等情况，该引脚输出高电平。
将Pin12和Pin19连接起来，如果有出现上述错误，则会自动将功放置为“静音”状态，防止芯片烧毁。
另外芯片还有SLEEP（休眠）输入控制和Over Load（过载）状态输出引脚，顾名思义诸位可以加以利用。
注意到功放的输出实际上是平衡形式的，没有公共地。输出接有LC滤波网络，这是因为T类功放的输出带有高频信号。10uH电感和0.47uF电容大概设置频率截止点73kHz。输出另外带有阻容串连的茹贝尔（Zobel）滤波网络，同样也是为了滤去高频，同时可以降低负载阻抗变化。另外还有一个电容跨接在扬声器两极，这个可以使负载接近“纯电阻”。
在输出还接有4个肖特基二极管，靠近输出引脚，可以防止输出信号水平低于地电平，防止损坏芯片内的输出功率管。选择合适的反向击穿电压的型号，还可以防止过高的输出电平出现。
TA2024的效率和散热
TA2024构成的电路具有80％以上的效率，在10W（@8欧）情况下，效率达到了88％，所以不需要大的散热器来支持（除非电路设计不合理，导致异常发热），一般情况下使用电路板的露铜来散热就足够了。所以TA2024芯片也设计成贴片（而不是TO－220类型），下方有金属导热块。目前有看到市面上一些设计在TA2024上额外增加散热器，
我认为这个根本无助于散热，因为TA2024的芯片晶体是贴在下表面金属块上的，发热传导到上方很少，也很慢，在芯片上方增加散热器反而导致空气不流通，影响散热效果。TA2024芯片封装：
那么什么情况下加散热器有效呢？看看这个芯片封装：
金属散热块在上方，才是适合外加散热器的。
TA2024实做
合理的布局不仅有助于布线的简化，还可以提升T类功放品质。一般的原则是严格区分电路上的功能模块：输入、输出、电源等。另外PCB需要留出足够的空间来帮助芯片散热，大面积铺铜，同时阻焊开窗（露铜），作为散热用。请参考实物图：
细节图片：
组装完成品1：完成图2：
T类功放电路（TA2022篇）
如果说TA2024的功率和输出（4线形式）是短板，那TA2022绝对是你的不二选择。 70W @4?（0.015% THD+N ），最大达到不小于125W每声道输出。这么大的功率已经不再可能用12V供电，所以是双电源，可以使用最高正负36V的直流电源，另外额外需要一组5V基准供电。保证了大幅度输出和高品质音质。而且效率也保持在90% 左右。
TA2022的晶体封装在大块的厚铜基板上，保证良好导热，实际使用，不需要很大的散热器就可以工作。
TA2022实做图片
T类功放电路（TA2020篇）TA2020功放实做
TA2020-020芯片封装类似TA2022，前者却可以工作于单电源。功率较TA2024大一些，可达到20多瓦@4欧。
观察2020的输出可以发现和2024很相似，甚至可以认为2020是2024的增强版本，供电上限到了14.6V，功率达到了25W最大。另外，对于焊接新手来说，相对2024的贴片封装，2020的SSIP封装可以说是一个福音。
乐派LP-2020（TA2020-020）小功放改进及手绘外围电路图
乐派LP-2020小功放便宜好用，确实不错，听感也好，低音量足，感觉松软，很舒服。有几点不足：
1、开、关机有冲击声（本人把供IC电源开关改为静音控制开关，IC在由静音转为工作时还是有一点冲击声）。
2、用料一般。
也有几个亮点：
1、有电源反接保护。
2、有超压保护（DC14V）。
3、18脚的故障输出取得巧妙，利用IC故障时的高电平输入到11脚，使电路静音。
本人的改进：
1.在手绘图上，把K 处开关短接，开关接在TA2020第11脚出去的1K电阻与C945 集电极之间（印板上有预留的焊点，06版的LP-2020开关正是接在此处），这样开关就直接成了静音功能的开关。
2.在超压保护部分，在14V稳压管上并一个100U 的电解，这样构成了一个开机静音、延时开启的功能，实测3秒左右（开关开启状态）。
3.把4558运放焊掉，换上一个8脚运放插座，方便更换运放。