畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）高保真音響設(shè)計(jì)制作

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-高保真音響設(shè)計(jì)制作 編號 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說明書題 目 高保真音響設(shè)計(jì)制作 院 系 計(jì)算機(jī)系 專 業(yè) 自動(dòng)化 學(xué)生姓名 劉鵬 學(xué) 號 010320217 指導(dǎo)教師 龍超 職 稱 實(shí)驗(yàn)師 題目類型 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)2005年 06 月 12日摘 要隨著國家經(jīng)濟(jì)蒸蒸日上現(xiàn)代科技不斷發(fā)展這些使人們在物質(zhì)享受之余也有了更多的精神享受的需要其中之一音樂便是一種古老的享受形式而高保真音響就是欣賞音樂的物質(zhì)基礎(chǔ)本論文將以性價(jià)比為導(dǎo)向兼顧基本的高保真的技術(shù)指標(biāo)討論了適合初級發(fā)燒友的高保真功放論文由淺至深結(jié)合圖示給出了高保真音響的相關(guān)知識以及整個(gè)功放的工作過

2、程的細(xì)節(jié)同時(shí)還介紹了各個(gè)主要芯片自身的特點(diǎn)及如何去設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)來滿足一定的技術(shù)指標(biāo)論文盡可能通俗地來介紹高保真音響讓大家能從中學(xué)到基本的高保真音響的知識的同時(shí)還能學(xué)會如何制作高保真音頻放大器在技術(shù)層面上系統(tǒng)主要是采用集成芯片來完成的因此對于一個(gè)初級發(fā)燒友來說相對簡單這個(gè)設(shè)計(jì)中用到了NE5532 曾經(jīng)的運(yùn)放之皇 做前置放大芯片典型的增益為20dB用NSC公司的LM1036做音調(diào)芯片通過改變直流控制電壓來實(shí)現(xiàn)音調(diào)控制后級功率放大部分用的也是NSC公司的一款經(jīng)典芯片LM1875芯片用4片LM1875駁接成了左右聲道的BTL電路以取得更大的功率以及更好的音效在論文的后面部分著重的講述了制作和調(diào)試中遇到

3、的軟件硬件上的問題以及如何解決并給出了高保真音頻放大器性能指標(biāo)的國家標(biāo)準(zhǔn)測量方法這些可以成為大家制作過程中的一些的提示以及測試的依據(jù)關(guān)鍵詞高保真集成芯片BTL音調(diào)控制AbstractWith the development of our countrys economy and the modern technology People no longer just enjoy the happy brought from material they also learned to enjoy the spiritual things For instance Music an old fash

4、ion of the enjoyments And Hi-Fi high fidelity audio system is the very suitable intermedia for enjoying musicSo this dissertation focused on the Hi-Fi amplifiers for those primary audiophiles on this field It tried to let people cost less and at the same moment get enough enjoyment from Hi-Fi amplif

5、iers and satisfy those basic standards of Hi-Fi system This dissertation presented the ideas from easy to hard and described the relative knowledge of the Hi-Fi audio system with those graphics and diagrams It also wrote about the details of the whole working process of this design gradually This di

6、ssertation also introduced those characteristics of those chips used in my design and how to realize those systems targets given The dissertation tried to introduce Hi-Fi audio system commonlyand let you learn some basic knowledge of this Hi-Fi system at the same time eventually learn how to accompl

7、ish a Hi-Fi audio amplifierRefer to the technology IC was used to finish this graduate design because its relatively easier for primary audiophiles to design a audio amplifier The pre-amp is NE5532 which was ever called as "The KING of amplifiers" and its typical gain is 20dBLM1036 produce

8、d by NSC National Semiconductor Company was used here for tone adjustment IC And LM1036s tone control can be controlled by changing the DC control voltage The second amplifier IC is LM1875 also made by NSC It is very classical Four LM1875 chips were used to make a BTL Balanced Transformer Less circu

9、it of each channel to achieve more power and to make the whole systems timbre to be betterThe last paragraph of this dissertation I mainly introduce some software and hardware problems I met during making the board and debugging and how I solved those problems Also I presented you the national stand

10、ard test methods for audio amplifier characteristics Hope these can be your hints and help during your executing for audio amplifierKey words Hi-Fi Integrated Circuit BTL Tone control目 錄引言11 高保真音響系統(tǒng)111 高保真音響系統(tǒng)定義112 高保真音響系統(tǒng)組成22 高保真功率放大器321 功率放大器種類322 高保真功率放大器主要技術(shù)指標(biāo)43 功放電源831 功放電源概述832 功放電源組成833 整流濾波電

11、路1034 穩(wěn)壓電路134 方案論證及闡述1441 設(shè)計(jì)要求1442 方案論證14com大器方案選定14com大器方案選定14com片方案選定15com案選定1543 具體方案闡述15com大器方案闡述15com大器方案闡述19com源方案闡述225 高保真功放制板2351 制板注意事項(xiàng)2352 制板經(jīng)驗(yàn)總結(jié)24com驟24comtel99se的使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)25com到的問題266 功放調(diào)試2661 調(diào)試步驟2762 模塊調(diào)試27com試27com塊調(diào)試27com大模塊調(diào)試28com放模塊調(diào)試2863 整體調(diào)試287 高保真功放性能指標(biāo)測試2971 性能指標(biāo)測試的必要性2972 主要性能指標(biāo)測

12、試2973 測試所用儀器3274 測試結(jié)論328 總結(jié)3381 完成程度3382 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)3383 技術(shù)缺陷3384 畢設(shè)感受33謝 辭34參考文獻(xiàn)35附 錄36附錄1電路原理圖36附錄2 PCB 圖39引言音樂是一種迷人的藝術(shù)對于一些十幾年前的旋律與歌詞我仍然熟稔于心難以忘懷懷念音樂給我的感覺音樂這種傳遞人類感情的藝術(shù)形式它是需要一種載體來表達(dá)而最好表達(dá)的便是高保真音響如實(shí)地還原音樂表達(dá)音樂讓人們從完全真實(shí)的音樂重放中汲取音樂的靈魂而今科技發(fā)展生活水平今非昔比人們也欣賞水平也越高大家越加追求音樂的還原性所以音樂重放設(shè)備發(fā)展非常快也就是我們所談及的高保真音響系統(tǒng)音樂重放設(shè)備的發(fā)展從1877年愛

13、迪生發(fā)明留聲機(jī)后一直在不斷地發(fā)展重放設(shè)備由當(dāng)年機(jī)械式錄音重播系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的高科技數(shù)碼系統(tǒng)算到如今的話進(jìn)步可謂是翻天覆地不過其間的發(fā)展不是很均勻的但是還是取得了一定的進(jìn)展比如錄放音以電動(dòng)方式取代了機(jī)械方式開始采用多極真空管等等音樂快速發(fā)展的時(shí)間是在1927年開始的當(dāng)時(shí)美國貝爾實(shí)驗(yàn)室公布了劃時(shí)代的負(fù)反饋負(fù)反饋NFB技術(shù)聲頻放大器技術(shù)開始進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元 現(xiàn)在的音響技術(shù)可以說是到達(dá)了一個(gè)相當(dāng)成熟的階段就如唐朝的古詩宋朝的詞一般在技術(shù)如此成熟的環(huán)境下從各種媒介能獲得相當(dāng)多的技術(shù)支持為了培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力結(jié)合自己的興趣和一直以來對音樂的愛好參考過相關(guān)電路后設(shè)計(jì)并制作一個(gè)集成芯片HIFI音頻功率放大器設(shè)

14、計(jì)制作過程中考慮到滿足給定的技術(shù)指標(biāo)同時(shí)也盡量提高性價(jià)比希望本論文能給發(fā)燒初級愛好者帶來音響基本知識以及制作過程中的注意事項(xiàng)要是能同時(shí)為普及音響事業(yè)的發(fā)展做一點(diǎn)點(diǎn)小推動(dòng)就更好了高保真音響系統(tǒng)11 高保真音響系統(tǒng)定義談及高保真 High Fidelity簡稱HiFi 音響系統(tǒng)來我想很多音樂愛好者或者說很多一般的人都在各種媒體中看到或者聽到過這概念不過大家不一定知道做何解釋而且大部分音樂初級愛好者一定是非常好奇高保真這個(gè)概念的定義為了給大家解惑那么下面由專業(yè)術(shù)語來解釋美國IEEE 電子與電機(jī)工程師協(xié)會 出的IEEE名詞術(shù)語詞典一書對HiFi信號的解釋為HiFi信號是指使用性能最好的先進(jìn)器件如話筒功

15、率放大器音箱或耳機(jī)之類來對信號進(jìn)行傳送另外一種定義是如此沈嚎先生等編撰的電聲詞典對高保真度的解釋則指用于評價(jià)高質(zhì)量放聲系統(tǒng)如實(shí)重現(xiàn)原有聲源特性的術(shù)語它力求難確而如實(shí)地記錄或重現(xiàn)節(jié)目的原有特性并在主觀上不引起可分辨的畸變感覺對高保真度的評價(jià)包含客觀和主觀兩方面前者是使放聲的特性參數(shù)滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)后者是讓聽者對音質(zhì)進(jìn)行綜合性的主觀評價(jià)因此高保真的概念不完全是原聲和重放聲在客觀上一致有時(shí)也指經(jīng)必要的修飾加加工按主觀愛好來美化聲音因此所謂HiFi是指專門研究以最大的逼真度對原有聲信號進(jìn)行錄音和重放的技術(shù)以及為此而使用的音響器材和有關(guān)的技術(shù)測試方法和儀器另外所謂最大逼真度也不排除進(jìn)行一些必要的修飾和

16、美化 如對現(xiàn)場錄音的剔除噪聲和僅保留一些鼓掌聲和歡呼聲 但也有人對聲音進(jìn)行一些美化的做法持不同意見他們認(rèn)為高保真便是毫不走樣而忠實(shí)地再現(xiàn)原有的信號既不得有所失真又不得添加任何的東西也即要保持原汁原味其實(shí)高保真音響的定義并不是那么重要的我們可以思考這個(gè)問題高保真音響它為什么要是高保真呢因?yàn)樗梢宰屓藗兏雍玫娜ハ硎芤魳啡ビ涗浭湃サ穆曇裟沁@本身就是一個(gè)主觀的過程其實(shí)是不是真實(shí)的還原音樂本身并不是重要的我覺得音樂這種藝術(shù)給每個(gè)獨(dú)立的不同的個(gè)人帶來的一個(gè)享受的過程它是非常重要的我們不能單單從技術(shù)角度來評論對一種藝術(shù)的看法高保真音響是一個(gè)相當(dāng)綜合的學(xué)科也就是滲透型的學(xué)科它綜合了相當(dāng)多的學(xué)科在里面比如模擬

17、電路信號處理以及元器件的材料選擇涉及到的材料學(xué)還要對聲音的各種運(yùn)動(dòng)性質(zhì)闡述的聲學(xué)還有設(shè)計(jì)中涉及到的模型處理等等不一而足下面將分類闡述12 高保真音響系統(tǒng)組成總的來說高保真音響分為三個(gè)很基本的部分音源功率放大器與音箱com音源是指重播聲音時(shí)的信號源部分一般都包括CD機(jī)卡座收音頭視盤機(jī)LP唱機(jī)錄像機(jī)等這些器材的共同特點(diǎn)是均可通過機(jī)器自身將存錄于唱盤卡帶乃至空間電波中的信號轉(zhuǎn)化為弱電信號播出例如CD機(jī)可通過其內(nèi)部電路將刻在CD唱盤上的數(shù)碼信號轉(zhuǎn)化為模擬弱電信號并從其輸出端輸出音源送出的弱電信號由于其電壓處于毫伏級不能直接去推動(dòng)音箱所以音源輸出信號就必先要經(jīng)過功放的放大這就需要使用功放放大器com大器

18、1前置放大器前置放大器位于后級功率放大器之前信號源設(shè)備之后它對改善整機(jī)特性提高音質(zhì)音色以盡可能以理想的方式將高純度的音頻信號進(jìn)行切換放大與處理并輸入到功放級具有極重要的作用要達(dá)到高質(zhì)量的放大并能獲得良好的信噪比在前級放大器中對噪聲的抑制是非常重要的因?yàn)樵谳斎?mV的音頻信號 例如話筒信號 中如果混有0 1mV的輕微噪聲經(jīng)過1000倍的放大此噪聲即可達(dá)到01V輸入后級功率放大器后再經(jīng)過放大此噪聲即會達(dá)到不能容忍的地步因此前級必須采取各種有效措施以清除微弱的噪聲其中信號源與前級之間一般均用屏蔽線進(jìn)行連接2后級功率放大器后級功率放大器的作用是將來自前置放大器的信號放大到足夠能推動(dòng)相應(yīng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)所需的

19、功率就其功能來說遠(yuǎn)比前置放大器簡單就其消耗的電源功率來說遠(yuǎn)比前置放大器大因?yàn)楣β史糯蟮谋举|(zhì)就是將交流電能轉(zhuǎn)化為音頻信號當(dāng)然其中不可避免地會有能量損失其中尤以甲類放大和電子管放大器為甚后級功放部分是進(jìn)行單純功率的部分它的作用就是盡可能地原原本本地放大來自于前級的信號我們對后級的要求是放大倍數(shù)盡可能地高而放大后信號的失真程度應(yīng)盡可能地小com音箱作為最終的還聲設(shè)備將放大后的電信號轉(zhuǎn)換為聲信號傳入我們的耳朵一般來講一只音箱中含多個(gè)揚(yáng)聲器單元一對音箱分左右兩聲道播放兩路不同的信號構(gòu)成立體聲效果最終將一個(gè)聲場較為完整地展現(xiàn)于我們的面前其實(shí)一個(gè)高保真音響它是否讓發(fā)燒友們滿意還有很多因素比如前置放大器的輸入

20、線纜放置音響的房間墻壁房間形狀音箱之間的距離及擺位等等不僅如此就單線材如果是非常發(fā)燒級的就要幾千人民幣不要說功放音箱本身了而能真正地欣賞高保真音響還需要一定的音樂素養(yǎng)所以說高保真音響是一個(gè)生活水平上升之后的高級精神享受2 高保真功率放大器由于高保真音響系統(tǒng)范圍太過廣泛為了達(dá)到論文的針對性和專業(yè)性該論文只集中闡述高保真功率放大器21 功率放大器種類如果按電路所用器材分類可以分為三種電子管晶體管和集成電路com放大器俗稱膽機(jī)采用電子管作為放大級主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍大線性好音色甜美悅耳溫順電子管與晶體管的傳輸特性不同兩者有一定差異如因信號過大發(fā)生激勵(lì)信號刺激超過承受范圍時(shí)電子管波形變化較和緩晶體管的則

21、不大平滑直接影響音質(zhì)又如電子管的放大多激發(fā)偶次諧波這些偶次諧波與音質(zhì)無損而晶體管放大器多激發(fā)奇次諧波會引起聽感的不適但電子管功放也存在兩個(gè)問題一是內(nèi)阻大導(dǎo)致放大器阻尼系數(shù)小影響瞬態(tài)特性二是電子管需高壓供電離不開變壓器變壓器不僅功耗大還會導(dǎo)致失真而且體積大由于在汽車?yán)锩媸褂铆h(huán)境較為惡劣高溫振動(dòng)電源等問題從而很大程度限制了膽機(jī)在汽車音響系統(tǒng)中的使用因此在市場上流通率并不高com放大器與電子管功放相比晶體管功放具有更高的可靠性和更長久的耐用性由于末級采用嚴(yán)格對稱的OCL互補(bǔ)推挽電路進(jìn)一步減少了因輸出變壓器而引起的種種噪聲干擾頻響缺陷和諧波失真從而令晶體管功放有極寬的頻率響應(yīng)低頻放大可直到直流信號高頻

22、可延伸至聽域極限和極高的保真度總諧波失真可輕達(dá)到0001阻尼系數(shù)非常高瞬態(tài)響應(yīng)也較電子管功放優(yōu)秀得多聲音清脆開揚(yáng)極具穿透力且力度十足特別音樂的背景噪聲音寧靜達(dá)到無聲的至高境界一般而言晶體管音色較電子管硬朗沖勁十足最適合于人聲重金屬打擊樂現(xiàn)代搖滾樂迪斯科舞曲以及大動(dòng)態(tài)的重播在眾多技術(shù)指標(biāo)中頻率響應(yīng)是最為人們所熟悉的一種規(guī)格一部分放大器而言理論上只需要做到20至20000HZ頻率響應(yīng)頻率就已足夠但是真正的樂音中含有的泛圖21 放大器的通頻帶音諧波是有可能超越這個(gè)范圍的雖然這些諧波人類的耳朵根本就感覺不到但是人類還是可以通過其他的途徑感知到這些諧波的存在加上為了改善瞬態(tài)反應(yīng)的表現(xiàn)所以對放大器要求有更

23、高的頻率響應(yīng)范圍例如從10 Hz100 KHz等習(xí)慣上對頻率響應(yīng)范圍的規(guī)定是當(dāng)輸出電平在某個(gè)低頻點(diǎn)下降了3分貝則該點(diǎn)為下限頻率同樣在某個(gè)高頻點(diǎn)處下降了3分貝則定為上限頻率 按照一般的規(guī)定高保真功率放大器的頻率響應(yīng)為20Hz20kHz±3dB如圖21所示com真任何一個(gè)自然物理系統(tǒng)在受到外界的擾動(dòng)后大都會出現(xiàn)一個(gè)呈衰減的周期性振動(dòng)舉例來說一根半米長兩端固定的弦線在中間受到彈撥的話會產(chǎn)生一個(gè)1米波長的振動(dòng)波稱為基波弦線除了沿中心點(diǎn)作大幅度擺動(dòng)外線的本身也人作出許多肉眼很難察覺的細(xì)小振動(dòng)其頻率一般都是比基波高而且不止一個(gè)頻率其大小種類由弦線的物理特性決定在物理學(xué)上這些振動(dòng)波被稱為諧波Har

24、monics為了方便區(qū)別由樂器所產(chǎn)生的諧波常稱為泛音Overtone諧波除了由信號源產(chǎn)生外在振動(dòng)波傳播的時(shí)候如果遇上障礙物而產(chǎn)生反射繞射和折射時(shí)同樣是會產(chǎn)生諧波的無論是基波或諧波本身都是純正的正弦波注正弦波是周期性函數(shù)由正半周和負(fù)半周組成但決不能將其負(fù)半周稱為負(fù)弦波但它們合成在一起時(shí)卻會產(chǎn)生出許多奇形怪狀的波形 放大器的線路充滿著各種各樣電子零件接線和焊點(diǎn)這些東西或多或少都會降低放大器的線性表現(xiàn)當(dāng)音樂信號通過放大器時(shí)非線性特性會使音樂信號產(chǎn)生一定程度的扭曲變形根據(jù)前述理論這相當(dāng)于在信號中加入了一些諧波所以這種信號變形的失真被為諧波失真諧波失真并非完全一無是處膽機(jī)的聲音之所以柔美動(dòng)聽原因之一是膽

25、機(jī)主要產(chǎn)生偶次諧波失真即頻率是基波頻率2468倍的諧波在40年代時(shí)有許多較小型的收音機(jī)故意加入相當(dāng)程度的二次諧波失真目的是制造重低音去取悅消費(fèi)者com信噪比Signal Noise Ratio是指信號通過音頻設(shè)備后增加的各種噪聲如低頻哼聲感應(yīng)交流聲咝咝聲等于指定信號電平的dB差值或信號幅度與噪聲幅度之比由于值比較大一般用分貝來表示其值有時(shí)也以重放設(shè)備輸出的絕對噪聲電壓或電平值來表示此時(shí)稱為噪聲電平這實(shí)際上也是一個(gè)用電壓來計(jì)算的信噪比數(shù)值只不過分母是一個(gè)固定的數(shù)0775V而分子則是噪聲電壓由于信噪比和功率或者是電壓成對數(shù)關(guān)系要提高信噪比的話便要大幅度地提高輸出值和噪聲值之比舉例來說當(dāng)信噪比為10

26、0dB時(shí)輸出電壓是噪聲電壓的一萬倍以電子線路來說這并不是一件容易的事下面將列出信噪比的數(shù)值計(jì)算公式設(shè)噪聲信號功率 或電壓 為PN VN 有用信號的額定輸出功率 或電壓 為Ps Vs 則定義信噪比SN為SN20lg Ps P 20lg V s V 一臺放大器如有高的信噪比意味著背景寧靜由于噪聲電平低很多被噪聲掩蓋著的弱音細(xì)節(jié)會顯現(xiàn)出來使空氣感加強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍增大放大器的信噪比一般來說以大約85dB以上為佳低于此值則有可能在某些大音量聆聽情況下在音樂間隙中聽到明顯的噪音 com應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)是指放大器跟隨瞬態(tài)猝發(fā)信號變化能力大小的一種標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代音樂中包括了很多此種信號比如打擊樂器彈撥樂器都能產(chǎn)生猝發(fā)聲脈沖即

27、瞬態(tài)信號當(dāng)瞬態(tài)信號輸入到音頻功率放大器輸入端時(shí)如果放大器的瞬態(tài)響應(yīng)差其輸出就跟不上圖22瞬態(tài)響應(yīng)不良時(shí)的波形瞬態(tài)信號的變化猝發(fā)信號的包絡(luò)將產(chǎn)生畸變這就是瞬態(tài)失真我們平時(shí)測量瞬態(tài)響應(yīng)常用方波信號當(dāng)方波信號輸入放大器時(shí)如果輸出信號的波形是方波說明放大器的瞬態(tài)響應(yīng)良好而瞬態(tài)反應(yīng)不良的就如圖22所示若音頻功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)良好那么放音時(shí)鋼琴的聲音就特別悅耳特別是跳躍式的短促音符清晰度會增大com調(diào)失真在電子放大線路中由于零件的對稱溫度的變化噪音的干擾以及其他種種原因使信號的被放大的同時(shí)無可避免地被加入各種各樣的失真而負(fù)反饋則能有效地降低這些失真舉一個(gè)簡單的例子來說如放大器在放大一個(gè)正弦波信號時(shí)加入了

28、一個(gè)失真的方波信號這個(gè)正弦加方波的信號會被負(fù)反饋線路反相然后反饋至輸入端和原來的正弦波相減使原來的信號幅度變小之外還含有一個(gè)相反的方波這個(gè)新的信號在經(jīng)過放大器時(shí)同樣會被再次加入一個(gè)失真的方波信號由于信號里面已有一個(gè)相反的方波這樣正反方波便會互相抵消使輸出信號只含有正弦波這就明顯地降低了失真不過負(fù)反饋的缺點(diǎn)也是很明顯的因?yàn)樨?fù)反饋令輸入信號和反饋的輸出信號相減降低了信號電平如果要使輸出信號被放大到足夠的強(qiáng)度放大器的放大率增益便要加大所幸的是這并非難事尤其是晶體管機(jī)晶體管放大器有堅(jiān)固耐用體積小重量輕放大率高等優(yōu)點(diǎn)其缺點(diǎn)是工作特性不穩(wěn)定易受溫度等因素影響而產(chǎn)生失真甚至失控解決辦法之一是采用高達(dá)50至6

29、0dB左右的深度負(fù)反饋反正晶體管的放大率很高犧牲一些無所謂由于采用了大深度的負(fù)反饋大幅度減少了失真所以晶體管機(jī)很容易獲得高超的技術(shù)規(guī)格不過麻煩也就因此而起為了減少由深度負(fù)反饋所引起的高頻寄生振蕩晶體管放大器一般要在前置推動(dòng)級晶體管的基極和集電極之間加入一個(gè)小電容使高頻段的相位稍為滯后稱為滯后階可是無論電容如何小總需要一定時(shí)間來充電當(dāng)輸入信號含有速度很高的瞬態(tài)脈沖時(shí)小電容來不及充電也就是說在這一剎那線路是處于沒有負(fù)反饋狀態(tài)由于輸入信號沒有和負(fù)反饋信號相減造成信號過強(qiáng)這些過強(qiáng)信號會使放大線路瞬時(shí)過載Overload因?yàn)榫w管機(jī)負(fù)反饋量大信號過強(qiáng)程度更高常常達(dá)到數(shù)十倍甚至數(shù)百倍結(jié)果使輸出信號削波Cl

30、ipping這就是瞬態(tài)互調(diào)失真由晶體管分立元件組成的音頻功率放大器和集成功率放大器往往存在較嚴(yán)重的瞬態(tài)互調(diào)失真這是造成晶體管聲的重要原因當(dāng)大音量高頻率的節(jié)目出現(xiàn)最容易誘發(fā)瞬態(tài)互調(diào)失真com率轉(zhuǎn)換速率SR主要是描述放大器對音源高頻分量的跟隨反映速度快慢的一項(xiàng)指標(biāo)SR和放大器的瞬態(tài)響應(yīng)雷同一個(gè)大SR的擴(kuò)音機(jī)它的高頻響應(yīng)一定很出色而且瞬態(tài)失真TD transient distortion 和瞬態(tài)交互失真非常的小轉(zhuǎn)換速率的單位是uVs要是一款HiEnd級功放其SR值都能達(dá)到數(shù)十微伏秒或者上百微伏秒這中放大器的通頻帶一般也都相當(dāng)寬跟隨頻率變化的能力也是相當(dāng)?shù)膹?qiáng)com真與削波失真 交越失真是由于是乙類推挽

31、功率放大器功放管起始導(dǎo)通的非線性造成的其失真波形如圖23所示在圖中圖a為輸入的無失真的正弦波信號圖 b 為放大器輸出的交越失真信號圖 c 是削波失真信號交越失真是一種非線性失真是造成互調(diào)失真的原因之一削波失真是指功放管放大時(shí)放大器輸出信號不隨輸入信號的增大而增大以致輸出信號波形的尖峰被削平因此人們形象地稱之為削波失真削波失真使人感到聲音模糊且抖動(dòng)特別是在小功率放大器放音時(shí)常出現(xiàn)在這種情況為了克服該現(xiàn)象的發(fā)生在設(shè)計(jì)音頻功率放大器時(shí)要考慮有一定的功率儲備圖23放大器的交越失真削波失真com率與功率儲備放大器額定輸出功率也稱RMS功率或連續(xù)功率是指在一定的失真范圍內(nèi)在喇叭阻抗一定的條件下放大器輸出的

32、最大功率那么對于一臺音頻功率放大器來說其額定輸出功率并不是惟一值而是隨失真和負(fù)載的不同而變化以前人們往往將功率放大器的額定輸出功率定得和削波功率一樣高這樣就嚴(yán)重影響了放音質(zhì)量后來又規(guī)定額定功率應(yīng)為削波功率的二分之一但實(shí)踐證明額定功率仍然偏高有的國家這樣規(guī)定兩個(gè)聲道各驅(qū)動(dòng)一個(gè)阻抗為8歐的揚(yáng)聲器在20-20000HZ范圍諧波失真小于1時(shí)測得的最大輸出功率的有效值即為放大器的額定輸出功率通過音樂節(jié)目的分析可以發(fā)現(xiàn)音樂節(jié)目電平包絡(luò)中總會不時(shí)地出現(xiàn)一些短暫的高峰這對放音的平均實(shí)際響度會有影響但不是很大不過放大器的削波功率需避開這些高峰否則將產(chǎn)生削波音樂節(jié)目會變得干燥發(fā)硬并產(chǎn)生所謂的動(dòng)態(tài)畸變要克服這種失真

33、音頻功率放大器的削波功率必須大于額定功率的10倍也就是說音頻功率放大器要有一定的功率儲備一臺削波功率為80W的晶體管音頻功率放大器其平均功率能用到45W左右若削波功率為50W則平均功率只能用到34W左右而且在使用時(shí)如果平均功率大于該數(shù)值則功放的音質(zhì)會明顯下降3 功放電源31 功放電源概述功放電源也是屬于高保真功率放大器的一部分它將市電轉(zhuǎn)換成音頻設(shè)備需要的紋波系數(shù)很小的平滑直流電所以將這部分獨(dú)立出一個(gè)篇章來描述是因?yàn)橐伙@其重要性至于有多重要下文將仔細(xì)的闡述我們都知道在一臺高質(zhì)量的功率放大器中需要電源系統(tǒng)能夠供給功放電路平穩(wěn)純凈的電壓因?yàn)槲覀兌贾拦Ψ胖械暮蠹壏糯笫窍喈?dāng)大的倍數(shù)的只要有一點(diǎn)點(diǎn)電流

34、的雜波就有可能被放大幾十上百倍這樣的話我們就不是在聽音樂而是在忍受噪音了功放電源的重要性由此可見一斑所以對我們一般所見的功放電源進(jìn)行探討很有必要所以現(xiàn)在來探討一下如何才能制造出電壓穩(wěn)定沒有雜波的電源系統(tǒng) 一臺笨重的功放其用料耗資是十分可觀的用料足當(dāng)然有其理由比如大的變壓器和粗的導(dǎo)線可以減少內(nèi)阻損耗大電容器可以增加儲存電荷的能力但怎么說呢?zé)o止境的大會不會帶來我們期望的效果如果是功率1W 的前級你給它2000W的電源和給它1000W的電源事實(shí)上是沒有多大的差別 因此合理有效的用料控制是值得我們研究的 32 功放電源組成電源系統(tǒng)通常由變壓器濾波電容器濾波電感器整流二極管穩(wěn)壓電路等構(gòu)成com壓器 一臺

35、好的功放必須有一只好的電源變壓器這已經(jīng)是業(yè)內(nèi)的共識但是選用什么樣的變壓器才能使功放的聲音更符合你的口味對于不少初級DIY愛好者來說也許并不是很清楚本文簡述幾種常用電源變壓器希望能夠?qū)ο矚g焊機(jī)初入此道的發(fā)燒友有所幫助 變壓器的出現(xiàn)已經(jīng)有100多年的歷史了六十年代以前世界上普遍使用的變壓器鐵芯結(jié)構(gòu)為e形或c形截面為矩形采用插片式或中間切割工藝制造鐵芯的質(zhì)量和一致性都很差變壓器的電性能參數(shù)難以得到提高隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步變壓器鐵芯的結(jié)構(gòu)經(jīng)過了幾次大的改進(jìn)變壓器鐵芯材料也由熱軋低硅片發(fā)展到熱軋高硅片冷軋取向硅片非晶態(tài)合金片等電磁性能參數(shù)也有了較大的提高 在功放中最為常見的電源變壓器為EI型環(huán)型其次為雙柱

36、型r型c型1EI型EI型是最為常用和多見的結(jié)構(gòu)簡單它的優(yōu)點(diǎn)是加工制作容易繞制方便成本低廉抗飽和性能好缺點(diǎn)為漏磁大同功率下的體積重量偏大轉(zhuǎn)換效率相對較低 EI型變壓器在音色上的聲音走向?yàn)楹裰貪庥魷嘏己鸵魣鰧哟渭?xì)節(jié)解析力一般 當(dāng)采用特殊的分層分段繞制方法后即所謂的發(fā)燒繞制法在細(xì)節(jié)和解析力上有顯著提高而且高頻上的延伸感也非常出色有別于其他類型的電源變壓器如果在使用過程中再針對其缺點(diǎn)增加部分輔助改良措施例如增加屏蔽罩采用優(yōu)質(zhì)鐵芯和無氧銅線科學(xué)合理的繞制方法等這一最原始古老的電子器件仍是非常出色的許多世界名機(jī)例如麥精圖等一直在堅(jiān)持沿用這一傳統(tǒng)的元器件經(jīng)典的膽機(jī)制作也一直在沿用它適合聽音口味上喜歡唯美的

37、DIY愛好者選用 2環(huán)型變壓器是c型變壓器之后開發(fā)出來的品種磁路短效率高銅損與鐵損均小于EI型變壓器體積和重量小安裝使用方便缺點(diǎn)為制作費(fèi)用相對較高抗直流飽和性能差 環(huán)型變壓器在音色走向上為清爽亮麗剛勁音場層次細(xì)節(jié)解析力速度感優(yōu)于EI型但在中頻的厚聲溫暖感上要遜色于EI型由于環(huán)型變壓器具有一些優(yōu)異的性能特點(diǎn)因此被廣泛的應(yīng)用于各種檔次的功放之中但是由于環(huán)型變壓器的抗直流飽和性能差極易產(chǎn)生雜音干擾因此在一些頂級功放中的應(yīng)用又受到一定限制尤其是一些純A類功放近年來由于技術(shù)的進(jìn)步環(huán)型變壓器的這一先天缺點(diǎn)已經(jīng)逐步得到改善在國外的一些高檔功放上環(huán)型變壓器的身影又多了起來其他的變壓器不是那么常用所以就不再敘述

38、了 com容器 由于大容量的需求電源系統(tǒng)中的濾波電容器清一色的都使用電解電容器 在功放中所見的電容器標(biāo)法規(guī)格常有容量uF工作電壓V紋波電流A通常在功放中所見的單個(gè)大電容器最大容量為25000uF一般功放中的總?cè)萘考s為100000uF或稍小一些 那么是不是電容器就無限制地越大越好嗎當(dāng)然錢是個(gè)要考慮的因素另一方面 越大的電容器也面臨著另一個(gè)問題幾乎容量大的電解電容器都會伴隨有微小的電感量這是因?yàn)殡娊怆娙萜鞅旧硎蔷沓陕菪隣畎b在鋁殼中制造而成的這會導(dǎo)致其高頻特性劣化com感器 另一方面我們經(jīng)常可見在電源上使用濾波電感器來改善電源品質(zhì)利用電容和電感在交流電源上形成LC濾波電路可以大大降低高頻雜波干擾使

39、進(jìn)入電源系統(tǒng)的交流電更潔凈其次可以使用大型的濾波電感器串聯(lián)在變壓器初級線一圈及次級線圈上來降低紋波穩(wěn)定電源最常見的是在兩個(gè)并聯(lián)的電容之間串聯(lián)一個(gè)電感形成型濾波器此舉可有效改善電源在電源上能夠舍得花大錢用電感的功放其品質(zhì)自然也有很好的保證 com極管 整流二極管在電源中占有很重要的地位它將交流電轉(zhuǎn)換成直流電雖然許多人對快速恢復(fù)整流二及管大加推崇但如在線性電源中使用普通二極管并且在每一個(gè)二極管上并聯(lián)一個(gè)小電容也同樣可以大大改善噪聲干擾 com恒流電路 對功放采用穩(wěn)壓電路供電是一個(gè)好方法記得安裝位置也要正確要置于濾波電容之前其輸出直接接到濾波電容上濾波電容的電容量也不可減少不能因?yàn)椴捎昧朔€(wěn)壓措施就減

40、少濾波電容變壓器也一樣不能偷工減料總之電容變壓器得用上如同沒有使用穩(wěn)壓電路之前大小才可得到穩(wěn)壓的效果這樣的做法需要花不少銀兩因 此比較經(jīng)濟(jì)的做法是將功放的前級電壓放大級等耗電少的部分與功率放大級分開供電僅對前級進(jìn)行穩(wěn)壓供電功率放大級則不作穩(wěn)壓除了穩(wěn)壓之外相對應(yīng)也可以做恒流電源的設(shè)計(jì)供給放大線路固定的電流則可得到穩(wěn)定無波動(dòng)的電壓若線路的前級再配上穩(wěn)壓電路的話更是可以得到意想不到效果33 整流濾波電路我們所用的功放需要的電源都是先將交流市電經(jīng)變壓器降壓或升壓后通過整流器變?yōu)槊}動(dòng)直流電然后經(jīng)過電容電感電阻或三極管構(gòu)成的濾波電路濾波使之變?yōu)椴y系數(shù)很小的平滑直流電方可為音響設(shè)備使用以上的過程中涉及到了

41、整流和濾波兩個(gè)過程下面介紹下整流濾波電路com流濾波電路半波整流濾波電路可由圖3l所示的半導(dǎo)體二極管構(gòu)成由于二極管D的單向?qū)щ娦灾挥性谧儔浩鰾次級電壓U2為正半周時(shí)才有電流流過負(fù)載在負(fù)載兩端形成圖32曲線a所示的單向脈動(dòng)直流電壓故稱半波整流其輸出電壓的平均值ULUm20318Um2式中Um2為交流電壓U2的峰值在這個(gè)脈動(dòng)電壓中除了直流分量之外還含有大量的交流分量我們可以從圖32中的a部分很清楚的看到可見半波整流電路輸出電壓的交流分量比直流分量還要大這樣的脈動(dòng)直流電是不能直接用于音響設(shè)備的須在電路輸出端加接濾波電路所以加入一個(gè)濾波電路它一般由電容電感電阻及三極管構(gòu)成其中最簡單常用的是加接濾波電容

42、如圖31中的電容C這樣由于電容具有充放電作用當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)電壓U2同時(shí)向電容C充電使電容兩端的電壓接近U2的峰值Um2當(dāng)二極管截止時(shí)電容C則向負(fù)載RL緩慢放電直至UcU2時(shí)二極管才再次導(dǎo)通C再次被充電使Uc再次升高此處Uc所指是電路加在濾波電容C上的電壓如此反復(fù)地充放電負(fù)載兩端的電壓波形就變成因32曲線b所示的形狀比未加濾波電容時(shí)平滑多了但仍存在少量的交流分量這種采用電容濾波的整流電路稱為容性負(fù)載整流電路31半波整流濾波電路 32 半波整流濾波電路波形 com流濾波電路半波整流電路盡管加了電容濾波輸出電壓的紋波系數(shù)紋波系數(shù)是指交流分量有效值與直流分量的比值仍偏大因而不能用于音頻功放電路中為了獲

43、得更小的波紋系數(shù)滿足高保真放大器的需求可采用如圖33所示的全波整流濾波電路它是采用雙二極管整流的電路為實(shí)現(xiàn)全波整流電源變壓器B次級繞組應(yīng)具有中心抽頭0 實(shí)際運(yùn)用時(shí)0端應(yīng)接地 這樣當(dāng)次級繞組l端為正時(shí)2端便為負(fù)D導(dǎo)通而截止負(fù)載有電流ID流過當(dāng)1端為負(fù)2端為正時(shí)D截止而導(dǎo)通負(fù)載又有電流流過可見不管次級繞組是處于正半周還是負(fù)半周狀態(tài)負(fù)載均有單向脈動(dòng)直流電流過當(dāng)未接濾波電容時(shí)其輸出電壓波形如圖34曲線所示33全波整流濾波電路 34全波整流濾波電路波形從波形比較我們就可以看出全波整流濾波電路輸出的脈動(dòng)電壓平均值為半波整流電路的2倍即UL2Um0636Um2由于輸出電壓的平均值ULUm1025fRLC所以

44、我們知道增大濾波電容C的容量可以減小波紋系數(shù)紋波系數(shù)0144 fRLC提高輸出電壓的平均值這是優(yōu)點(diǎn)而且使用大的濾波電容時(shí)由于放電時(shí)間常數(shù)較大應(yīng)付瞬間大動(dòng)態(tài)信號時(shí)可起到 儲水池的作用但是電容加大了充電時(shí)間常數(shù)也變大了當(dāng)瞬間大信號消耗了電容的能量后如此會導(dǎo)致電壓的恢復(fù)時(shí)間變長使后繼信號的輸出疲軟給人以后勁不足之感此外濾波電容過大時(shí)開機(jī)浪涌電流也過大很容易損壞整流管可見濾波電容并不是越大越好選用時(shí)要講究科學(xué)避免浪費(fèi)如果將加大電容增加的費(fèi)用用于電源變壓器增容效果一定會更好com流濾波電路該電路如圖35所示圖35 橋式整流濾波電路其特點(diǎn)是整流器由四只橋接的二極管構(gòu)成故次級繞組無論在正半周還是負(fù)半周期間橋

45、的兩臂均有一只二極管正向?qū)ㄋ耘c全波整流一樣在一個(gè)周期的正負(fù)半周均有同一方向的電流流經(jīng)負(fù)載其輸出電壓波形電壓平均值以及波紋系數(shù)的計(jì)算方法都與全波整流電路相同我們可以參考上面提及的全波整流的公式 橋式整流電路雖然多用了兩只二極管但電路的反向電壓由兩只二極管串聯(lián)來共同承受二極管的耐壓可減小一半此外該電路流經(jīng)次級繞組的電流為正弦波變壓器無直流磁化現(xiàn)象鐵芯不易飽和變壓器的體積可更小一些所以這種整流濾波電路應(yīng)用最為廣泛下面我列出以上幾種常用整流濾波電路的特性參數(shù)如表3l所示 表31 常用整流濾波電路特性參數(shù)電路形式半波整流電容濾波全波整流電容濾波橋式整流電容濾波交流輸入電壓有效值 U2 U2U2 U2

46、 負(fù)載開路時(shí)的輸出電壓U2U2U2帶負(fù)載時(shí)輸出電壓近似值UL U2 12U2 12U2每個(gè)二極管反相峰值電壓UR2U22U2U2每個(gè)二極管直流電流Im Im 05Im05Im34 穩(wěn)壓電路33中介紹的整流濾波電路用于給功率放大器供電可以確保系統(tǒng)性能的發(fā)揮但是如果用來直接為前置放大器供電其波紋系數(shù)偏大會影響放大器的信噪比指標(biāo)所以高質(zhì)量的前置放大器一般都要采用穩(wěn)壓電源供電即主整流濾波電路的輸出電壓經(jīng)一個(gè)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓之后再供放大器使用這樣所輸出的直流電壓不僅波紋系數(shù)更小而且相當(dāng)穩(wěn)定不會受負(fù)載電流和市電變化影響使放大器的信噪比和穩(wěn)定性大大提高常用的穩(wěn)壓電路主要有以下幾種·二極管穩(wěn)壓電路

47、83;串連型穩(wěn)壓型電路·并聯(lián)型穩(wěn)壓電路·集成穩(wěn)壓電路4 方案論證及闡述41 設(shè)計(jì)要求 1 額定功率大于雙30w 2 總諧波失真小于05 3 頻率響應(yīng)為40HZ到20KHZ 4 噪聲電壓小于5mv 5 整機(jī)效率大于6042 方案論證根據(jù)設(shè)計(jì)的要求結(jié)合我們前面對功率放大器的介紹我們這個(gè)功率放大器可以用分立元件組成也可以用集成電路完成現(xiàn)在我就具體情況具體分析針對我們這種高保真初級制作者分立元件的方案比較有難度因?yàn)樽龇至⒃x好電路參數(shù)恰當(dāng)元件性能優(yōu)秀甚至要求一些元件具有極端的對稱性而且最好還要制作調(diào)試得好才行所以我選擇用集成芯片來做這個(gè)設(shè)計(jì)下面我將在集成芯片這個(gè)范圍來選擇我的方

48、案com大器方案選定那現(xiàn)在我們來看看一些集成功放相對來說比較熟悉的有LM1875TDA2040ATDA1514等其中TDA2040A功率裕量不大而TDA1514外圍電路比較復(fù)雜因?yàn)樗苣_數(shù)多達(dá)9個(gè)而且容易自激有40W的輸出功率而且其額定工作電壓達(dá)到275V如此會增加對變壓器的要求降低整個(gè)音響系統(tǒng)的性價(jià)比這兩種功放的低頻特性都欠佳LM1875外圍電路簡單電路成熟低頻特性好保護(hù)功能齊全雖然說它的工作電壓推薦值為25V但是LM1875在相對低電壓下的表現(xiàn)也是很出色的唯一的缺點(diǎn)就是高頻特性不是很好Band Width 70KHZ考慮到高保真音響的頻域要求和LM1875的性價(jià)比因此選擇LM1875做后級

49、放大然后考慮到功率要滿足2×30W所以將4片LM1875駁接成橋式推挽電路BTL此時(shí)理論上的輸出功率可以達(dá)到2×50Wcom大器方案選定從前面對前置放大器的簡介中我們得知前置放大器相當(dāng)重要現(xiàn)在很多的HIEND的前置功放的價(jià)格就比很多發(fā)燒友用的整套功率放大器還貴筆者認(rèn)為不同的運(yùn)放由于內(nèi)電路結(jié)構(gòu)不向失真成分也就可能有所差異這種差異最終會以音色上的差別表現(xiàn)出來就高保真而言選用時(shí)以不帶個(gè)性的為好然而現(xiàn)代音響多使用數(shù)碼音源選用音色溫暖型的則可在一定程度上彌補(bǔ)其聲音偏干偏冷的不足從這個(gè)意義上講高價(jià)的運(yùn)放不一定就是最佳選擇重要的是根據(jù)其音色特點(diǎn)是否能與整機(jī)或系統(tǒng)配合或取長補(bǔ)短來決定取舍同

50、時(shí)還要看它能否適應(yīng)電路的工作條件或性質(zhì)此外由于人耳生理?xiàng)l件的限制當(dāng)器件的性能指標(biāo)達(dá)到一定程度以上時(shí)所帶來的音質(zhì)方面的改善已難以分辨故盲目地追求高性能結(jié)果可能適得其反如選用的運(yùn)放帶寬過大元件排列布線稍有不當(dāng)就會導(dǎo)致自激而有時(shí)則是種浪費(fèi)所得到的不過是心理上的滿足而己而本設(shè)計(jì)要求噪聲電壓5mv那么也就是說要求設(shè)計(jì)前置放大輸入交流短接到地時(shí)RL 8的電阻負(fù)載上的交流噪聲電壓要低于5mv因此要選用低噪聲運(yùn)放結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)覺得選擇NE5532這款久負(fù)盛名的當(dāng)年的運(yùn)放之皇雖然只是中低端的產(chǎn)品但是其內(nèi)部為JFET結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)聲音特點(diǎn)總體來說屬于溫暖細(xì)膩型驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)恰好與我們要接的數(shù)碼音源的那種數(shù)碼聲相配合減

51、少數(shù)碼聲的味道雖然說選擇有很多新的運(yùn)放比NE5532更有膽管聲但是到目前為止來說NE5532以它在電壓轉(zhuǎn)換速率增益帶寬等方面的優(yōu)異指標(biāo)以及與LM1785相同的轉(zhuǎn)換速率杜絕了瓶頸的存在的種種因素加上NE5532正品也只要8元人民幣這些因素足以說明它的性價(jià)比是相當(dāng)?shù)母咚跃瓦x擇了NE5532為前置放大芯片com片方案選定音調(diào)控制芯片這是因?yàn)橐话阏Z言和音樂在重放音樂時(shí)所需的頻率范圍不同語言放音的頻率范圍為100Hz到幾KHz 交響樂放音的頻率范圍則大于40Hz14kHz這樣它們對放大電路的頻響就要求不同再加上放音環(huán)境的差異每個(gè)人在聽覺上的習(xí)慣和愛好不同所以在放大器中就需要加入音調(diào)控制電路用它來按實(shí)際

52、需求突出或減弱高音區(qū)或低音區(qū)以期改善聽音效果還有人耳對不同頻率的聲音的靈敏度是不同的所以要增加一個(gè)響度控制電路將低頻信號的聲強(qiáng)提高這兩種電路的組成都要求要音調(diào)芯片當(dāng)時(shí)本來是選TA7630 查閱資料后發(fā)現(xiàn)其信比不高頻帶窄動(dòng)態(tài)小失真大TDA1524的資料此芯片的聲音太冷帶有10倍的增益和末級的電平配合不太好噪聲也太大最后查了下LM1036的相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)LM1036技術(shù)成熟外圍電路不復(fù)雜信噪比高聲道隔離度也大還有其他的優(yōu)點(diǎn)所以就選擇了LM1036來作為音調(diào)芯片com案選定因?yàn)橐繇憣﹄娫吹囊蠛芨唛_始考慮直流伺服穩(wěn)壓電源但是后來考慮到該電路太過復(fù)雜所以在直流伺服穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些小改進(jìn)也就是本設(shè)計(jì)中要選擇的一個(gè)橋式電路而橋式電路的優(yōu)點(diǎn)在前面的介紹電源章節(jié)也很詳細(xì)地介紹了所以在這里不仔細(xì)介紹而雙橋整流濾波電路加穩(wěn)定更加獨(dú)立所以就選擇了它43 具體方案闡述com大器方案闡述 1 音調(diào)芯片LM1036芯片介紹LM1036是一個(gè)電壓控制的雙聲道音調(diào)高低音音量左