ASW低音炮專用頻率均衡放大器的設(shè)計(jì)制作.doc

ASW低音炮專用頻率均衡放大器的設(shè)計(jì)制作時(shí)間:2007-11-07 來源: 作者:吳文波 點(diǎn)擊：5555 字體大小:【大 中 小】 - 本放大器是為筆者的ASW低音炮度身定制的，具有簡(jiǎn)單可靠、性能優(yōu)良、使用靈活等特點(diǎn)。若將其均衡電路參數(shù)稍作修改，也適用于其他類型的超低頻音箱?，F(xiàn)將其電路原理、制作及安裝方法等介紹如下。一、電路工作原理 本放大器包括頻率均衡、功率放大、電源等幾個(gè)部分。1、頻率均衡電路 10英寸單元ASW低音炮的低頻下限選36Hz，這一指標(biāo)已很不錯(cuò)，但重放36Hz以下的超低頻時(shí)份量仍感不足，若使用的是8英寸或6.5英寸單元制作的超低頻音箱，低頻下限一般只能達(dá)到42Hz以上，重放超低頻時(shí)更是捉襟見肘，力不從心。這時(shí)聽到的多半只是超低頻的諧音。故均有必要通過均衡電路預(yù)先對(duì)40Hz以下的超低頻份量予以適當(dāng)提升，以充分發(fā)揮音箱的潛能，改善重放效果。此外，不同類型超低頻音箱的低頻上限也各不相同，與主音箱低頻下限的配合也就不一定適當(dāng)，可能造成系統(tǒng)中低頻段的響應(yīng)失真。故也有必要通過均衡電路對(duì)超低頻音箱的頻率上限進(jìn)行調(diào)整，使之能與主音箱的低頻下限完美配合。而20Hz以下的次低頻人耳雖不可聞，但音樂信號(hào)中則可能存在(包括噪音)，一旦進(jìn)入音箱，單元錐盆的振幅極大，會(huì)產(chǎn)生大量可聞的失真信號(hào)(如調(diào)制失真、二次、三次諧波失真等)，故也需要通過均衡電路予以衰減。 具有上述多種功能的均衡電路通常比較復(fù)雜。為簡(jiǎn)化起見，本均衡電路選用了最為簡(jiǎn)單有效的高Q值高通有源濾波器加可調(diào)式無源低通濾波器的電路形式(見圖1)。圖中，L、R聲道信號(hào)經(jīng)R1、R2相加(接解碼器超低音輸出端子時(shí)只需從一個(gè)輸入端接入)，再經(jīng)音量電位器VR1調(diào)節(jié)后，送往IC1a與外圍阻容元件組成的高Q值高通濾波器。該濾波器在不同Q值時(shí)具有如圖2所示的通帶特性。 當(dāng)Q0.7時(shí)，其轉(zhuǎn)折頻率fp處會(huì)形成一個(gè)峰，Q越大，峰越高(提升量越大)。利用這一特性，且Q值取得適當(dāng)，便可按要求在提升超低頻的同時(shí)衰減次低頻，且電路十分簡(jiǎn)單，該濾波器的電路特點(diǎn)是具有等值的濾波元件C、R和一定的增益，且Q值通過電路增益A來控制，其中 A=1+R4/R3 Q=1/(3-A) Q值決定后，fp處的提升量也就決定了。Q值和fp的大小應(yīng)根據(jù)音箱的結(jié)構(gòu)和低頻下限來選取，合成后的響應(yīng)曲線才會(huì)平坦。由于ASW式音箱的低端下降斜率為15dB/oct，可取Q=5左右，這時(shí)濾波器的提升斜率約為14dB/oct,故本電路取R4=39k，R3=22k，這時(shí) A=1+39/22=2.77 Q=1/(3-2.77)4.4 若所配音箱為密閉式的，可取Q=4，提升斜率為12dB/oct，若所配音箱為倒相式的，Q值可取810，但不宜超過10，否則電路可能不夠穩(wěn)定，這時(shí)超過20dB的提升量也是100W以下的功放和音箱難以承受的。 fp值要取在音箱頻響曲線的低端轉(zhuǎn)折頻率fL的半倍頻處。本電路所配音箱的fL在44Hz左右(見圖3曲線1)。故取fp=22Hz，這樣濾波器的響應(yīng)曲線(見圖3曲線3)，才可與響應(yīng)曲線1對(duì)稱互補(bǔ)，合成的響應(yīng)曲線(見圖3曲線2)就比較平坦，理論上可使音箱的fp由原來的36Hz擴(kuò)展到22Hz，但由于揚(yáng)聲器低頻端的效率較低，實(shí)際上只能擴(kuò)展到28Hz左右，盡管如此，其實(shí)際效果已相當(dāng)理想(一只采用15英寸單元的巨無霸音箱，其fp也在28Hz左右)。fp確定后，濾波元件C1、C2、R5、R6便可由下面的公式確定，即 C1=C2，R5=R6， fp=1/2CR=159/CR 式中，C的單位為uF，R的單位為k，因受阻容件標(biāo)稱值的限制，本電路取 C1=C2=0.330uF R5=R6=220k fp=159/CR=159/0.033220=21.5(Hz) 從圖2中還可以看出，這種高Q值濾波器響應(yīng)曲線的低端下降斜率達(dá)24dB/oct，可大幅度衰減fp以下的頻率成分，故可在大幅提升超低頻的同時(shí)大幅衰減次低頻。 信號(hào)經(jīng)高通濾波器提升超低頻后，從IC1a腳輸出，送到由R7、R8、VR2和C3、C4組成的可調(diào)式二階無源低通濾波器作進(jìn)一步處理，該濾波器中的C值及R值也相同，其響應(yīng)曲線高端轉(zhuǎn)折頻率 fH=159/C3(R7+VR2) 按圖1所示元件值，該濾波器的fH值可通過調(diào)節(jié)VR2在52Hz與185Hz之間隨意改變，圖3中的曲線4是fH調(diào)至55Hz時(shí)該濾波器的響應(yīng)曲線，由于超低頻音箱原有的上限頻率約為110Hz，故本濾波器與其配合后，合成響應(yīng)曲線的高端轉(zhuǎn)折頻率實(shí)際上只能在52Hz至110Hz之間調(diào)節(jié)。而濾波器fH值的高點(diǎn)取至185Hz，主要是為了使音箱原有的頻率上限不會(huì)被濾波器該點(diǎn)附近的過渡特性所壓縮，相應(yīng)地可與低端頻響為50Hz至110Hz的AV主音箱配合使用，獲得較平坦的整體響應(yīng)曲線。當(dāng)然，也可通過調(diào)節(jié)VR2獲得不同的低頻效果，以滿足不同人的聽音喜好。 信號(hào)經(jīng)低通濾波處理后，已形成所希望的均衡特性，再經(jīng)IC1b構(gòu)成的跟隨器緩沖“隔離”后通過R9、C5送往功率放大器輸入端(A點(diǎn))進(jìn)行功率放大。2、功率放大電路 用于驅(qū)動(dòng)超低頻音箱的功率放大器，主要要求其具有足夠的驅(qū)動(dòng)電流、較低的內(nèi)阻、較高的穩(wěn)定性和可靠性，其他性能則沒有特殊要求。這里我們選用了如圖4所示的全直流全對(duì)稱互補(bǔ)功放電路。該功放可對(duì)5負(fù)載提供100W的不失真功率，輸入靈敏度為300mV，輸出噪聲電壓為1.2mV，能滿足上述要求，且具有電路簡(jiǎn)單、失真與噪聲低、轉(zhuǎn)換速率高等特點(diǎn)。即使用作全頻帶功放也是較佳的選擇。 筆者在選用這一經(jīng)典電路時(shí)，還在電路中揉進(jìn)前級(jí)二極管隔離供電技術(shù)，進(jìn)一步提高了大動(dòng)態(tài)突發(fā)信號(hào)到來時(shí)前級(jí)電路的驅(qū)動(dòng)能力。圖中二極管D1、D2即當(dāng)此重任。當(dāng)大動(dòng)態(tài)突發(fā)信號(hào)到來時(shí)，末級(jí)輸出管的電流劇增，迫使電源電壓瞬間下降，這時(shí)由于D1、D2的反向隔離作用，濾波電容C5、C7上的電壓不能突變，仍可基本保持在信號(hào)到來前有較高的電壓，故推動(dòng)級(jí)仍能繼續(xù)提供較高的信號(hào)電壓和較大的驅(qū)動(dòng)電流，使聲音的聽感更加強(qiáng)勁有力，后勁十足，由于大動(dòng)態(tài)的突發(fā)信號(hào)常出現(xiàn)于低頻段，因而該技術(shù)的采用對(duì)于超低頻功放來說尤其具有重要意義，實(shí)際聽感也證實(shí)了這一點(diǎn)。 本電路的直流工作點(diǎn)已由設(shè)計(jì)確定，其中輸入級(jí)差分對(duì)每管的工作電流為0.9mA，輸出管的靜態(tài)電流為80mA，工作于AB類狀態(tài)。為提高輸出級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的熱穩(wěn)定性，在其偏置電路中采用二極管D3D5和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R10進(jìn)行溫度補(bǔ)償，其中R10要貼裝于功放管散熱器上，此舉對(duì)提高功放的熱穩(wěn)定性很有效，末極管的冷、熱態(tài)靜態(tài)電流可控制在3080mA范圍內(nèi)，功放無須熱身，一開機(jī)便可進(jìn)入較佳的工作狀態(tài)，如不采用R10，冷、熱態(tài)靜態(tài)電流變化范圍竟達(dá)0100mA若能購得200的R10，熱穩(wěn)定性還能進(jìn)一步提高。3、保護(hù)電路 超低頻功放安裝于音箱內(nèi)，一般是不能隨便打開箱體進(jìn)行維護(hù)的，因而電路的可靠性應(yīng)視為重中之重。為此，本電路除了在電路設(shè)計(jì)及調(diào)整方面下功夫之外，還為電路設(shè)置了多重簡(jiǎn)單有效的保護(hù)電路。圖5所示為中點(diǎn)電位偏移保護(hù)和抗開/關(guān)機(jī)電流沖擊保護(hù)電路。當(dāng)輸出點(diǎn)電位偏移2v時(shí)，說明電路已有故障，這時(shí)BG1、BG2通過接于功放輸出中點(diǎn)(B點(diǎn))的電阻R2檢測(cè)到偏移信號(hào)，關(guān)閉BG3構(gòu)成的繼電器驅(qū)動(dòng)電路，斷開揚(yáng)聲器，使故障不致惡化，同時(shí)也保護(hù)了揚(yáng)聲器，電路的抗開/關(guān)機(jī)沖擊噪聲功能則通過定時(shí)元件R1、C3實(shí)現(xiàn)。本功放電路對(duì)稱性好，開/關(guān)機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊噪聲雖不大，但作為一種附帶功能仍有一定意義。圖中D2為雙色發(fā)光二極管，它兼有電源指示和故障指示功能，當(dāng)電源開啟時(shí)，R4得電，發(fā)光管發(fā)綠光，電路有故障或開機(jī)后3秒之內(nèi)繼電器斷開，R3得電，發(fā)光管發(fā)橙光。 在圖6所示電源變壓器初級(jí)引線處，還設(shè)有溫控保護(hù)開關(guān)K2和過流保險(xiǎn)管F。其中K2裝在功放散熱器上，當(dāng)電路有故障或長(zhǎng)時(shí)間大電流工作，使散熱器溫度上升到85時(shí)，K2自動(dòng)斷開，電路停止工作而使輸出管得到保護(hù)，采用了上述保護(hù)措施后可使功放電路的可靠性大為提高。4、電源電路 電路采用了200W的EI型電源變壓器，從而使功放擁有充足的能源，其整流濾波電路有三組輸出電壓，其中39V電壓供功放電路使用。其上接有10000uF的大濾波電解電容。39V電壓經(jīng)R1、R2降壓，D1、D2穩(wěn)壓獲得12V電壓供前級(jí)頻率均衡電路使用，另一組+12V電壓供繼電器保護(hù)電路使用，由于所用變壓器只有一個(gè)10V小電流繞組，全波整流后所得12V電壓有時(shí)會(huì)偏低，帶不動(dòng)繼電器，為此濾波電容C1用得較大。故關(guān)機(jī)時(shí)繼電器的反應(yīng)會(huì)稍慢一些，讀者制作時(shí)，如采用12V的交流電壓，增加一只16左右的限流電阻R3并減小c1的值，這一現(xiàn)象便可得到改善。三、元器件選擇 雙運(yùn)放IC1采用NE5532或TL082均可，功放電路用的三極管要經(jīng)過篩選配對(duì)，其中BG1-BG4的值配對(duì)誤差要3BG5與BG6，BG7與BG3，BG9與BG10的值配對(duì)誤差要5，電位器VR1、VR2均選用日本ALPS牌的，其中VR1為“A”型，VR2為“B”型，繼電器驅(qū)動(dòng)管FN020為小功率達(dá)林頓管，也可用9013等普通小功率管代替，功放電路的小功率電阻要選用金屬膜電阻，以提高電路工作點(diǎn)的穩(wěn)定性與可靠性，繼電器J選用12V5A雙觸點(diǎn)的，使用時(shí)雙觸點(diǎn)并聯(lián)，散熱器的結(jié)構(gòu)可自由選擇，但重量不宜小于半公斤。溫控開關(guān)K2選用啟動(dòng)門限值為85，其形狀如大功率三極管。其他元器件的選擇無特殊要求，按圖中標(biāo)注的規(guī)格選用即可。四、電路安裝 圖1和圖5電路可分別安裝在一塊萬能電路板上，主功放電路可用結(jié)構(gòu)類似的成品電路板改裝，筆者使用的是一塊閑置的“八達(dá)超級(jí)功放”印制板，只要根據(jù)電路走向切斷或連接幾根銅箔，補(bǔ)鉆一些孔，連同39V整流濾波電路均可安裝在該板上。 電路的輸入蓮花座、帶寬和音量控制電位器、電源開關(guān)、發(fā)光管指示燈、電源保險(xiǎn)管座可按圖7所示安裝在一塊雙線分音4端子音箱接線盒上，安裝時(shí)用環(huán)氧樹脂把原接線端子的4個(gè)孔封上，然后倒過來在另兩個(gè)階梯面上打孔安裝上述元件。由于交流電源的兩個(gè)元件也裝在同一塊板上，板的面積又較小，要將左邊音頻部分的元件用薄鐵皮屏蔽起來，否則會(huì)引入少量交流聲，控制板與電路板的信號(hào)連線全部要用屏蔽線，并單端接地，右下邊的電源線孔和蓮花插座背后的孔隙要用膠封上，并保證板上每個(gè)元件裝好后均不漏氣，這一點(diǎn)很重要!電源變壓器和功放板可按圖8所示位置安裝在音箱底板上。 五、電路調(diào)整方法 頻率均衡電路和保護(hù)電路只要按電路圖安裝無誤，一般無須調(diào)整便可正常工作。功放電路安裝好，且檢查無誤后，要進(jìn)行末級(jí)靜態(tài)電流和輸出中點(diǎn)零電位調(diào)整，方法是：先短路R11在39V電源輸入端各串接一個(gè)1A的保險(xiǎn)管，然后接通電源，若無異?，F(xiàn)象出現(xiàn)，可用萬用表測(cè)一下輸出中點(diǎn)電壓，若在300mV以下，說明電路安裝基本無問題，然后關(guān)掉電源，在R13或R14兩端接一萬用表，將其撥至0.5V檔，再焊開R11的短路點(diǎn)，用300左右的電位器代替R11接入電路，并將電位器調(diào)至阻值最小點(diǎn)，重新打開電源，慢慢調(diào)大電位器的阻值，使萬用表的指示電壓達(dá)到11mV，這時(shí)末極管的靜態(tài)電流約為50mA，通電半小時(shí)后，電壓表的指示會(huì)升高，散熱器有溫?zé)岣校@時(shí)再微調(diào)一下電位器使電壓表指示為17mv，這時(shí)的靜態(tài)電流約為80mA，BG7、BG8、BG9、BG10基極之間的電壓分別為1.95v和1.1V，末極管的靜態(tài)電流就調(diào)好了。這時(shí)再測(cè)一下