畢業(yè)論文高保真音響設計和制作

1、編號： 畢業(yè)設計(論文)說明書題 目： 高保真音響設計制作 摘 要隨著國家經濟蒸蒸日上，現(xiàn)代科技不斷發(fā)展，這些使人們在物質享受之余，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基礎。本論文將以性價比為導向，兼顧基本的高保真的技術指標，討論了適合初級發(fā)燒友的高保真功放。論文由淺至深，結合圖示給出了高保真音響的相關知識，以及整個功放的工作過程的細節(jié)。同時還介紹了各個主要芯片自身的特點及如何去設計這個系統(tǒng)來滿足一定的技術指標。論文盡可能通俗地來介紹高保真音響，讓大家能從中學到基本的高保真音響的知識的同時，還能學會如何制作高保真音頻放大器。在技術層

2、面上，系統(tǒng)主要是采用集成芯片來完成的，因此對于一個初級發(fā)燒友來說相對簡單，這個設計中用到了NE5532(曾經的“運放之皇”)做前置放大芯片，典型的增益為20dB；用NSC公司的LM1036做音調芯片，通過改變直流控制電壓來實現(xiàn)音調控制。后級功率放大部分用的也是NSC公司的一款經典芯片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試中遇到的軟件、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的國家標準測量方法。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。關鍵詞：高保真；集成芯片；BTL

3、；音調控制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 fashion of the enjoyments. And Hi-Fi(high fidelity) audio system is the very

4、suitable intermedia for enjoying music.So 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 amplifiers and satisfy those basic standards of Hi-Fi system. This disser

5、tation 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 dissertation also introduced those characteristics of those chips

6、 used in my design, and how to realize those systems targets given .The dissertation tried to introduce Hi-Fi audio system commonly,and let you learn some basic knowledge of this Hi-Fi system, at the same time , eventually learn how to accomplish a Hi-Fi audio amplifier.Refer to the technology, IC w

7、as 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 20dB;LM1036 produced by NSC(National Semiconductor Company) was used here for ton

8、e 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) circuit of each channel to achieve more power and to make t

9、he whole systems timbre to be better.The 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 standard test methods for audio amplifier characteristi

10、cs. Hope these can be your hints and help during your executing for audio amplifier.Key words: Hi-Fi; Integrated Circuit; BTL; Tone control目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc106009578 引言 PAGEREF _Toc106009578 h 1 HYPERLINK l _Toc106009579 1 高保真音響系統(tǒng) PAGEREF _Toc106009579 h 1 HYPERLINK l _Toc10600958

11、0 1.1 高保真音響系統(tǒng)定義 PAGEREF _Toc106009580 h 1 HYPERLINK l _Toc106009581 1.2 高保真音響系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc106009581 h 2 HYPERLINK l _Toc106009582 2 高保真功率放大器 PAGEREF _Toc106009582 h 3 HYPERLINK l _Toc106009583 2.1 功率放大器種類 PAGEREF _Toc106009583 h 3 HYPERLINK l _Toc106009584 2.2 高保真功率放大器主要技術指標 PAGEREF _Toc10600958

12、4 h 4 HYPERLINK l _Toc106009585 3 功放電源 PAGEREF _Toc106009585 h 8 HYPERLINK l _Toc106009586 3.1 功放電源概述 PAGEREF _Toc106009586 h 8 HYPERLINK l _Toc106009587 3.2 功放電源組成 PAGEREF _Toc106009587 h 8 HYPERLINK l _Toc106009588 3.3 整流濾波電路 PAGEREF _Toc106009588 h 10 HYPERLINK l _Toc106009589 3.4 穩(wěn)壓電路 PAGEREF _T

13、oc106009589 h 13 HYPERLINK l _Toc106009590 4 方案論證及闡述 PAGEREF _Toc106009590 h 14 HYPERLINK l _Toc106009591 4.1 設計要求 PAGEREF _Toc106009591 h 14 HYPERLINK l _Toc106009592 4.2 方案論證 PAGEREF _Toc106009592 h 14 HYPERLINK l _Toc106009593 后級放大器方案選定 PAGEREF _Toc106009593 h 14 HYPERLINK l _Toc106009594 前置放大器方案

14、選定 PAGEREF _Toc106009594 h 14 HYPERLINK l _Toc106009595 音調芯片方案選定 PAGEREF _Toc106009595 h 15 HYPERLINK l _Toc106009596 電源方案選定 PAGEREF _Toc106009596 h 15 HYPERLINK l _Toc106009597 4.3 具體方案闡述 PAGEREF _Toc106009597 h 15 HYPERLINK l _Toc106009598 前級放大器方案闡述 PAGEREF _Toc106009598 h 15 HYPERLINK l _Toc10600

15、9599 后級放大器方案闡述 PAGEREF _Toc106009599 h 19 HYPERLINK l _Toc106009600 功放電源方案闡述 PAGEREF _Toc106009600 h 22 HYPERLINK l _Toc106009601 5 高保真功放制板 PAGEREF _Toc106009601 h 23 HYPERLINK l _Toc106009602 5.1 制板注意事項 PAGEREF _Toc106009602 h 23 HYPERLINK l _Toc106009603 5.2 制板經驗總結 PAGEREF _Toc106009603 h 24 HYPER

16、LINK l _Toc106009604 制板步驟 PAGEREF _Toc106009604 h 24 HYPERLINK l _Toc106009605 9se的使用經驗總結 PAGEREF _Toc106009605 h 25 HYPERLINK l _Toc106009606 制板遇到的問題 PAGEREF _Toc106009606 h 26 HYPERLINK l _Toc106009607 6 功放調試 PAGEREF _Toc106009607 h 26 HYPERLINK l _Toc106009608 6.1 調試步驟 PAGEREF _Toc106009608 h 27

17、HYPERLINK l _Toc106009609 6.2 模塊調試 PAGEREF _Toc106009609 h 27 HYPERLINK l _Toc106009610 電源調試 PAGEREF _Toc106009610 h 27 HYPERLINK l _Toc106009611 .2音調模塊調試 PAGEREF _Toc106009611 h 27 HYPERLINK l _Toc106009612 6.2.3前置放大模塊調試 PAGEREF _Toc106009612 h 28 HYPERLINK l _Toc106009613 6.2.4后級功放模塊調試 PAGEREF _To

18、c106009613 h 28 HYPERLINK l _Toc106009614 6.3 整體調試 PAGEREF _Toc106009614 h 28 HYPERLINK l _Toc106009615 7 高保真功放性能指標測試 PAGEREF _Toc106009615 h 29 HYPERLINK l _Toc106009616 7.1 性能指標測試的必要性 PAGEREF _Toc106009616 h 29 HYPERLINK l _Toc106009617 7.2 主要性能指標測試 PAGEREF _Toc106009617 h 29 HYPERLINK l _Toc10600

19、9618 7.3 測試所用儀器 PAGEREF _Toc106009618 h 32 HYPERLINK l _Toc106009619 7.4 測試結論 PAGEREF _Toc106009619 h 32 HYPERLINK l _Toc106009620 8 總結 PAGEREF _Toc106009620 h 33 HYPERLINK l _Toc106009621 8.1 完成程度 PAGEREF _Toc106009621 h 33 HYPERLINK l _Toc106009622 8.2 技術優(yōu)點 PAGEREF _Toc106009622 h 33 HYPERLINK l _

20、Toc106009623 8.3 技術缺陷 PAGEREF _Toc106009623 h 33 HYPERLINK l _Toc106009624 8.4 畢設感受 PAGEREF _Toc106009624 h 33 HYPERLINK l _Toc106009625 謝 辭 PAGEREF _Toc106009625 h 34 HYPERLINK l _Toc106009626 參考文獻 PAGEREF _Toc106009626 h 35 HYPERLINK l _Toc106009627 附 錄 PAGEREF _Toc106009627 h 36 HYPERLINK l _Toc1

21、06009628 附錄1電路原理圖 PAGEREF _Toc106009628 h 36 HYPERLINK l _Toc106009629 附錄2 PCB 圖 PAGEREF _Toc106009629 h 39引言音樂是一種迷人的藝術，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形式，它是需要一種載體來表達，而最好表達的便是高保真音響，如實地還原音樂，表達音樂。讓人們從完全真實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,所以音樂重放設備發(fā)展非常快。也就是我們所談及的高保

22、真音響系統(tǒng)。音樂重放設備的發(fā)展從1877年愛迪生發(fā)明留聲機后，一直在不斷地發(fā)展，重放設備由當年機械式錄音/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展。比如錄放音以電動方式取代了機械方式，開始采用多極真空管等等。音樂快速發(fā)展的時間是在1927年開始的，當時美國貝爾實驗室公布了劃時代的負反饋（負反饋，NFB）技術，聲頻放大器技術開始進入了一個新紀元。 現(xiàn)在的音響技術可以說是到達了一個相當成熟的階段，就如唐朝的古詩，宋朝的詞一般。在技術如此成熟的環(huán)境下，從各種媒介能獲得相當多的技術支持。為了培養(yǎng)自己的動手能力，結合自己的

23、興趣和一直以來對音樂的愛好，參考過相關電路后，設計并制作一個集成芯片HIFI音頻功率放大器。設計制作過程中考慮到滿足給定的技術指標，同時也盡量提高性價比。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，要是能同時為普及音響事業(yè)的發(fā)展做一點點小推動就更好了。高保真音響系統(tǒng)1.1 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”這個概念的定義。為了給大家解惑。那么下面由專業(yè)術語來解釋：美國I

24、EEE(電子與電機工程師協(xié)會)出的IEEE名詞術語詞典一書對“HiFi信號”的解釋為HiFi信號是指使用性能最好的先進器件，如話筒、功率放大器、音箱或耳機之類來對信號進行傳送。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“用于評價高質量放聲系統(tǒng)如實重現(xiàn)原有聲源特性的術語，它力求難確而如實地記錄或重現(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)定的技術指標，后者是讓聽者對音質進行綜合性的主觀評價。因此，高保真的概念不完全是原聲和重放聲在客觀上一致，有時也指經必要的修飾加加工，按主觀愛好來美化聲音”。因此

25、，所謂HiFi，是指“專門研究以最大的逼真度對原有聲信號進行錄音和重放的技術，以及為此而使用的音響器材和有關的技術測試方法和儀器”。另外，所謂最大逼真度也不排除進行一些必要的修飾和美化(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)。但也有人對聲音進行一些美化的做法持不同意見。他們認為高保真便是毫不走樣而忠實地再現(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，高保真音響的定義并不是那么重要的。我們可以思考這個問題，高保真音響，它為什么要是高保真呢。因為它可以讓人們更加好的去享受音樂，去記錄逝去的聲音。那這本身就是一個主觀的過程。其實是不是真實的還原音樂本身并不是

26、重要的，我覺得音樂這種藝術給每個獨立的不同的個人帶來的一個享受的過程，它是非常重要的，我們不能單單從技術角度來評論對一種藝術的看法。高保真音響是一個相當綜合的學科，也就是滲透型的學科，它綜合了相當多的學科在里面，比如模擬電路，信號處理，以及元器件的材料選擇涉及到的材料學，還要對聲音的各種運動、性質闡述的聲學，還有設計中涉及到的模型處理等等，不一而足。下面將分類闡述。1.2 高保真音響系統(tǒng)組成總的來說，高保真音響分為三個很基本的部分：音源、功率放大器與音箱。音源音源是指重播聲音時的信號源部分，一般都包括CD機、卡座、收音頭、視盤機、LP唱機、錄像機等，這些器材的共同特點是，均可通過機器自身將存錄

27、于唱盤、卡帶乃至空間電波中的信號轉化為弱電信號播出，例如CD機可通過其內部電路將刻在CD唱盤上的數(shù)碼信號轉化為模擬弱電信號，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，不能直接去推動音箱，所以，音源輸出信號就必先要經過功放的放大，這就需要使用功放放大器。功率放大器（1）前置放大器前置放大器位于后級功率放大器之前、信號源設備之后。它對改善整機特性，提高音質、音色，以盡可能以理想的方式將高純度的音頻信號進行切換、放大與處理并輸入到功放級，具有極重要的作用。要達到高質量的放大，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。因為在輸入1mV的音頻信號(例如話筒信號)中，

28、如果混有0 .1mV的輕微噪聲，經過1000倍的放大，此噪聲即可達到0.1V，輸入后級功率放大器后再經過放大，此噪聲即會達到不能容忍的地步。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相應揚聲器系統(tǒng)所需的功率。就其功能來說遠比前置放大器簡單，就其消耗的電源功率來說遠比前置放大器大，因為功率放大的本質就是將交流電能“轉化”為音頻信號，當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，是進行單純功率的部分，它的作用就是盡可能地原原本本地放

29、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盡可能地小。音箱音箱作為最終的還聲設備，將放大后的電信號轉換為聲信號，傳入我們的耳朵，一般來講一只音箱中含多個揚聲器單元。一對音箱，分左右兩聲道播放兩路不同的信號構成立體聲效果，最終將一個聲場較為完整地展現(xiàn)于我們的面前。其實一個高保真音響，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生活水平上

30、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。2.1 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。電子管放大器俗稱“膽機”。采用電子管作為放大級，主要優(yōu)點是：動態(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（信號刺激超過承受范圍）時，電子管波形變化較和緩，晶體管的則不大平滑，直接影響音質，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

31、也存在兩個問題，一是內阻大導致放大器阻尼系數(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，還會導致失真，而且體積大，由于在汽車里面使用環(huán)境較為惡劣（高溫、振動、電源等問題）從而很大程度限制了膽機在汽車音響系統(tǒng)中的使用，因此在市場上流通率并不高。晶體管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。由于末級采用嚴格對稱的OCL互補推挽電路，進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（低頻放大可直到直流信號，高頻可延伸至聽域極限）和極高的保真度（總諧波失真可輕易達到0.001%），阻尼系數(shù)非常高，

32、瞬態(tài)響應也較電子管功放優(yōu)秀得多。聲音清脆開揚，極具穿透力且力度十足。特別音樂的背景噪聲音寧靜達到寂靜無聲的至高境界。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態(tài)的重播。它克服了電子管功放的兩個缺點，一是阻尼系數(shù)可做得很高，有良好的瞬態(tài)特性，在聲音的節(jié)奏感，力度上要比膽機明快、爽朗、有力；二是無需變壓器，不僅節(jié)省成本，縮小體積，而且避免了由變壓器所引起的失真。晶體管放大器是現(xiàn)時市場上汽車音響功率放大器的主流產品，品種繁多，檔次齊全，是車主選用的主要產品。集成電路放大器它的最突出優(yōu)點是可靠性高，外圍電路簡單，組裝方便，占用空間比較小，而且

33、保護電路都內置了，一般情況下不會發(fā)生燒毀器件的問題，不足之處是電聲指標（功率、頻響、失真度、信噪比等）和音質皆不如分立元件組成的放大器， 但是現(xiàn)在隨著集成芯片的進一步發(fā)展，差別也是越來越小了。2.2 高保真功率放大器主要技術指標頻率響應在眾多技術指標中，頻率響應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頻率響應頻率就已足夠，但是真正的樂音中含有的泛圖2.1 ：放大器的通頻帶音（諧波）是有可能超越這個范圍的，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)反應的表現(xiàn)，所以對放大器要求有更高的頻率響

34、應范圍，例如從10 Hz100 KHz等。習慣上對頻率響應范圍的規(guī)定是：當輸出電平在某個低頻點下降了3分貝，則該點為下限頻率，同樣在某個高頻點處下降了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為20Hz20kHz（3dB）。如圖2.1所示。2.2.2諧波失真任何一個自然物理系統(tǒng)在受到外界的擾動后大都會出現(xiàn)一個呈衰減的周期性振動。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，會產生一個1米波長的振動波，稱為基波。弦線除了沿中心點作大幅度擺動外，線的本身也人作出許多肉眼很難察覺的細小振動，其頻率一般都是比基波高，而且不止一個頻率。其大小種類由弦線的物理特性決定。在

35、物理學上這些振動波被稱為諧波（Harmonics）。為了方便區(qū)別，由樂器所產生的諧波常稱為泛音（Overtone）。諧波除了由信號源產生外，在振動波傳播的時候如果遇上障礙物而產生反射，繞射和折射時同樣是會產生諧波的。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)，由正半周和負半周組成，但決不能將其負半周稱為負弦波）但它們合成在一起時卻會產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，這些東西或多或少都會降低放大器的線性表現(xiàn)，當音樂信號通過放大器時，非線性特性會使音樂信號產生一定程度的扭曲變形，根據前述理論這相當于在信號中加入了一些諧波，所以這種信號

36、變形的失真被為諧波失真。諧波失真并非完全一無是處，膽機的聲音之所以柔美動聽，原因之一是膽機主要產生偶次諧波失真。即頻率是基波頻率2、4、6、8倍的諧波。在40年代時，有許多較“小型”的收音機故意加入相當程度的二次諧波失真。目的是制造“重低音”去取悅消費者。2.2.3信噪比信噪比（Signal Noise Ratio）是指信號通過音頻設備后增加的各種噪聲（如低頻哼聲、感應交流聲、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，有時也以重放設備輸出的絕對噪聲電壓或電平值來表示，此時稱為噪聲電平（這實際上也是一個用電壓來計算的信噪比數(shù)值，只不過分母是

37、一個固定的數(shù)：0.775V，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，當信噪比為100dB時，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)值計算公式：設噪聲信號功率(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節(jié)會顯現(xiàn)出來，使空氣感加強，動態(tài)范圍增大。放大器的信噪比一般來說以大約85dB以

38、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。 2.2.4瞬態(tài)響應瞬態(tài)響應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準。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，都能產生猝發(fā)聲脈沖，即瞬態(tài)信號,當瞬態(tài)信號輸入到音頻功率放大器輸入端時,如果放大器的瞬態(tài)響應差,其輸出就跟不上圖2.2：瞬態(tài)響應不良時的波形瞬態(tài)信號的變化,猝發(fā)信號的包絡將產生畸變，這就是瞬態(tài)失真。我們平時測量瞬態(tài)響應常用方波信號，當方波信號輸入放大器時，如果輸出信號的波形是方波，說明放大器的瞬態(tài)響應良好。而瞬態(tài)反應不良的就如圖2.2所示。若音頻功率放大器的瞬態(tài)響應良好，那么放音時鋼琴

39、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。2.2.5瞬態(tài)互調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，無可避免地被加入各種各樣的失真，而負反饋則能有效地降低這些失真。舉一個簡單的例子來說，如放大器在放大一個正弦波信號時，加入了一個失真的方波信號，這個正弦加方波的信號會被負反饋線路反相，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相反的方波，這個新的信號在經過放大器時同樣會被再次加入一個失真的方波信號，由于信號里面已有一個相反的方波，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

40、了失真。不過負反饋的缺點也是很明顯的，因為負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?！熬w管聲”的重要原因，當大音量,高頻率的節(jié)目出現(xiàn)，最容易誘發(fā)瞬態(tài)互調失真。2.2.6轉換速率轉換速率SR主要是描述放大器對音源高頻分量的跟隨（反映）速度快慢的一項指標。SR和放大器的瞬態(tài)響應雷同。一個大SR的擴音機，它的高頻響應一定很出色，而且瞬態(tài)失真TD(transient distortion)和瞬態(tài)交互失真非常的小。轉換速率的單位是uV/s。要是一款HiEnd級功放，其SR值都能達到數(shù)十微

41、伏/秒或者上百微伏/秒。這中放大器的通頻帶一般也都相當寬，跟隨頻率變化的能力也是相當?shù)膹姟?7交越失真與削波失真 交越失真是由于是乙類推挽功率放大器功放管起始導通的非線性造成的。其失真波形如圖2.3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，是造成互調失真的原因之一。削波失真是指功放管放大時，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，特別是在小功率放大器放音時常出現(xiàn)在這種情況，為了克服該現(xiàn)象的發(fā)生，在設計音頻功率放

42、大器時要考慮有一定的功率儲備。放大器的交越失真削波失真2.2.8額定功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,在喇叭阻抗一定的條件下,放大器輸出的最大功率，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，這樣就嚴重影響了放音質量，后來又規(guī)定額定功率應為削波功率的二分之一，但實踐證明額定功率仍然偏高，有的國家這樣規(guī)定：兩個聲道各驅動一個阻抗為8歐的揚聲器，在20-20000HZ范圍諧波失真小于1%時,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

43、過音樂節(jié)目的分析可以發(fā)現(xiàn)，音樂節(jié)目電平包絡中總會不時地出現(xiàn)一些短暫的高峰，這對放音的平均實際響度會有影響,但不是很大，不過放大器的削波功率需避開這些高峰,否則將產生削波，音樂節(jié)目會變得干燥，發(fā)硬，并產生所謂的“動態(tài)畸變”。要克服這種失真，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，如果平均功率大于該數(shù)值，則功放的音質會明顯下降。3 功放電源3.1 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，它將市電轉換

44、成音頻設備需要的紋波系數(shù)很小的平滑直流電。所以將這部分獨立出一個篇章來描述，是因為要突顯其重要性。至于有多重要，下文將仔細的闡述。我們都知道，在一臺高質量的功率放大器中，需要電源系統(tǒng)能夠供給功放電路平穩(wěn)純凈的電壓，因為我們都知道功放中的后級放大是相當大的倍數(shù)的，只要有一點點電流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。用料足當然有其理由，比如大的變壓器和粗的導線可以減少內阻損耗

45、，大電容器可以增加儲存電荷的能力。但怎么說呢，無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。 3.2 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)壓電路等構成。電源變壓器 一臺好的功放必須有一只好的電源變壓器，這已經是業(yè)內的共識。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，希望能夠對喜歡焊機初入此道的發(fā)燒友有所幫助。 變壓器的出現(xiàn)已經有100多年的歷史了，六十

46、年代以前，世界上普遍使用的變壓器鐵芯結構為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。隨著科學技術的進步，變壓器鐵芯的結構經過了幾次大的改進。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，其次為雙柱型、r型、c型。（1）EI型EI型是最為常用和多見的，結構簡單.它的優(yōu)點是加工制作容易繞制方便，成本低廉，抗飽和性能好。缺點為漏磁大、同功率下的體積重量偏大，轉換效率相對較低。 EI型變壓器在音色上的聲音走向為厚重濃郁、溫暖醇和

47、，音場層次、細節(jié)解析力一般。 當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增加部分輔助改良措施，例如增加屏蔽罩，采用優(yōu)質鐵芯和無氧銅線，科學合理的繞制方法等，這一最原始古老的電子器件，仍是非常出色的。許多世界名機例如麥精圖等一直在堅持沿用這一傳統(tǒng)的元器件。經典的膽機制作也一直在沿用它。適合聽音口味上喜歡“唯美”的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。缺點為制作費用相對較

48、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，因此被廣泛的應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，極易產生雜音干擾，因此在一些頂級功放中的應用又受到一定限制，尤其是一些純A類功放。近年來由于技術的進步，環(huán)型變壓器的這一先天缺點已經逐步得到改善，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，所以就不再敘述了。 濾波電容器 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

49、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大電容器最大容量為25000uF。一般功放中的總容量約為100,000uF，或稍小一些。 那么是不是電容器就無限制地越大越好嗎？當然錢是個要考慮的因素，另一方面 ，越大的電容器也面臨著另一個問題，幾乎容量大的電解電容器都會伴隨有微小的電感量，這是因為電解電容器本身是卷成螺旋狀包裝在鋁殼中制造而成的，這會導致其高頻特性劣化。濾波電感器 另一方面我們經?？梢娫陔娫瓷鲜褂脼V波電感器來改善電源品質，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，使進入電源系統(tǒng)的交流電更潔凈。其次可以使用大型的濾波電感器串

50、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。最常見的是在兩個并聯(lián)的電容之間串聯(lián)一個電感，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，其品質自然也有很好的保證。 整流二極管 整流二極管在電源中占有很重要的地位，它將交流電轉換成直流電。雖然許多人對快速恢復整流二及管大加推崇，但如在線性電源中使用普通二極管，并且在每一個二極管上并聯(lián)一個小電容，也同樣可以大大改善噪聲干擾 。 穩(wěn)壓及恒流電路 對功放采用穩(wěn)壓電路供電是一個好方法，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，不能因為采用了穩(wěn)壓措施就減少濾波電容。變壓器

51、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 此比較經濟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，相對應也可以做恒流電源的設計，供給放大線路固定的電流，則可得到穩(wěn)定、無波動的電壓，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。3.3 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變壓器降壓或升壓后，通過整流器變?yōu)槊}動直流電，然后經過電容、電感、電阻或三極管構成的濾波電路濾波，使之變?yōu)椴y系數(shù)很小的平滑直流電，方

52、可為音響設備使用，以上的過程中涉及到了“整流”和“濾波”兩個過程。下面介紹下整流濾波電路。半波整流濾波電路半波整流濾波電路可由圖3.l所示的半導體二極管構成。由于二極管D的單向導電性，只有在變壓器B次級電壓U2為正半周時，才有電流流過負載，在負載兩端形成圖3.2曲線a所示的單向脈動直流電壓，故稱半波整流。其輸出電壓的平均值：ULUm2m2式中，Um2為交流電壓U2的峰值。在這個脈動電壓中，除了直流分量之外，還含有大量的交流分量。我們可以從圖3.2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，這樣的脈動直流電是不能直接用于音響設備的，須在電路輸出端加接濾波電路，所

53、以加入一個濾波電路，它一般由電容、電感、電阻及三極管構成，其中最簡單常用的是加接濾波電容如圖3.1中的電容C。這樣，由于電容具有充放電作用，當二極管導通時，電壓U2同時向電容C充電，使電容兩端的電壓接近U2的峰值Um2；當二極管截止時，電容C則向負載RL緩慢放電，直至UcU2時，二極管才再次導通，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）。如此反復地充放電。負載兩端的電壓波形就變成因3.2曲線b所示的形狀，比未加濾波電容時平滑多了，但仍存在少量的交流分量。這種采用電容濾波的整流電路，稱為容性負載整流電路。 3.1半波整流濾波電路 3.2 半波整流濾波電路波形 全波

54、整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3.3所示的全波整流濾波電路，它是采用雙二極管整流的電路。為實現(xiàn)全波整流，電源變壓器B次級繞組應具有中心抽頭0(實際運用時，0端應接地)。這樣，當次級繞組l端為正時，2端便為負，D導通，而截止，負載有電流ID流過；當1端為負，2端為正時，D截止，而導通，負載又有電流流過。可見，不管次級繞組是處于正半周還是負半周狀態(tài)，負載均有單向脈動直流電流過。當未接濾波電容時，其輸出電壓波形如圖3.4曲線所示。

55、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ULUm（10.25fRLC）LC）,提高輸出電壓的平均值，這是優(yōu)點，而且，使用大的濾波電容時，由于放電時間常數(shù)較大，應付瞬間大動態(tài)信號時可起到“ 儲水池”的作用。但是電容加大了，充電時間常數(shù)也變大了。當瞬間大信號消耗了電容的能量后，如此會導致電壓的恢復時間變長，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，開機浪涌電流也過大，很容易損壞整流管?？梢姡瑸V波電容并不是越大越好，選用時要講究科學，避免浪費。如果將加大電容增加的費用，用于電源變壓器增容

56、，效果一定會更好。橋式整流濾波電路該電路如圖3.5所示。圖3.5 橋式整流濾波電路其特點是整流器由四只橋接的二極管構成，故次級繞組無論在正半周還是負半周期間，橋的兩臂均有一只二極管正向導通。所以與全波整流一樣，在一個周期的正負半周均有同一方向的電流流經負載。其輸出電壓波形、電壓平均值以及波紋系數(shù)的計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用最為廣

57、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3.l所示。 表3.1 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 負載開路時的輸出電壓U2U2U2帶負載時輸出電壓近似值（UL） U222每個二極管反相峰值電壓（UR）2U22U2U2每個二極管直流電流（Im） Im 3.4 穩(wěn)壓電路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。所以高質量的前置放大器，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一個穩(wěn)壓電路

58、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，而且相當穩(wěn)定，不會受負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4.1 設計要求(1)額定功率大于雙30w(2)總諧波失真小于0.5(3)頻率響應為40HZ到20KHZ(4)噪聲電壓小于5mv(5)整機效率大于604.2 方案論證根據設計的要求，結合我們前面對功率放大器的介紹，我們這個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

59、度，因為做分立元件，要選好電路，參數(shù)恰當，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試得好才行。所以我選擇用集成芯片來做這個設計。下面我將在集成芯片這個范圍來選擇我的方案。后級放大器方案選定那現(xiàn)在我們來看看一些集成功放，相對來說比較熟悉的有：LM1875、TDA2040A、TDA1514等。其中TDA2040A功率裕量不大，而TDA1514外圍電路比較復雜（因為它管腳數(shù)多達9個），而且容易自激，有40W的輸出功率，而且其額定工作電壓達到27.5V，如此會增加對變壓器的要求，降低整個音響系統(tǒng)的性價比。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

60、好，保護功能齊全，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的性價比，因此選擇LM1875做后級放大。然后考慮到功率要滿足230W，所以將4片LM1875駁接成橋式推挽電路（BTL），此時理論上的輸出功率可以達到250W。前置放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重要，現(xiàn)在很多的HIEND的前置功放的價格就比很多發(fā)燒友用的整套功率放大器還貴。筆者認為，不同的運放，由于內電路結構不向，失真成分也就可能有所差異，這種差異最終會