高保真音响设计制作.docx

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1、编号：毕业设计（论文）说明书题 目：高保真音响设计制作院（系）：计算机系专 业： 自动化学生姓名：学 号：指导教师：职 称：题目类型：口理论研究口实验研究同工程设计口工程技术研究口软件开发年 月日第5页共40页放大器的频率响应为20Hz20kHz (3dB)。如图2.1所示。2. 2. 2谐波失真任何一个自然物理系统在受到外界的扰动后大都会出现一个呈衰减的周期性振动。 举例来说，一根半米长两端固定的弦线在中间受到弹拨的话，会产生一个1米波长的振 动波，称为基波。弦线除了沿中心点作大幅度摆动外，线的本身也人作出许多肉眼很难 察觉的细小振动，其频率一般都是比基波高，而且不止一个频率。其大小种类由弦

2、线的 物理特性决定。在物理学上这些振动波被称为谐波(Harmonics)o为了方便区别，由乐 器所产生的谐波常称为泛音(Overtone)。谐波除了由信号源产生外，在振动波传播的 时候如果遇上障碍物而产生反射，绕射和折射时同样是会产生谐波的。无论是基波或谐波本身都是“纯正”的正弦波(注：正弦波是周期性函数，由正 半周和负半周组成，但决不能将其负半周称为负弦波)但它们合成在一起时却会产生出 许多奇形怪状的波形。放大器的线路充满着各种各样电子零件，接线和焊点，这些东西或多或少都会降低 放大器的线性表现，当音乐信号通过放大器时，非线性特性会使音乐信号产生一定程度 的扭曲变形，根据前述理论这相当于在信

3、号中加入了一些谐波，所以这种信号变形的失 真被为谐波失真。谐波失真并非完全一无是处，胆机的声音之所以柔美动听，原因之一是胆机主要产 生偶次谐波失真。即频率是基波频率2、4、6、8倍的谐波。在40年代时，有许多较 “小型”的收音机故意加入相当程度的二次谐波失真。目的是制造“重低音”去取悦消 费者。3. 2. 3信噪比信噪比(Signal Noise Ratio)是指信号通过音频设备后增加的各种噪声(如低频 哼声、感应交流声、噬噬声等)于指定信号电平的dB差值，或信号幅度与噪声幅度之 比，由于值比较大，一般用分贝来表示其值，有时也以重放设备输出的绝对噪声电压或 电平值来表示，此时称为噪声电平(这实

4、际上也是一个用电压来计算的信噪比数值，只 不过分母是一个固定的数：0.775V,而分子则是噪声电压)。由于信噪比和功率或者是电压成对数关系，要提高信噪比的话便要大幅度地提高输 出值和噪声值之比，举例来说，当信噪比为lOOdB时，输出电压是噪声电压的一万倍， 以电子线路来说，这并不是一件容易的事。下面将列出信噪比的数值计算公式：设噪声信号功率(或电压)为Pn(Vn),有用信号的额定输出功率(或电压)为Ps (Vs), 则定义信噪比S/N为：S/N=201g (Ps/ P)= 201g (V s/ V)一台放大器如有高的信噪比意味着背景宁静，由于噪声电平低，很多被噪声掩盖着 的弱音细节会显现出来，

5、使空气感加强，动态范围增大。放大器的信噪比一般来说以大第6页共40页约85dB以上为佳，低于此值则有可能在某些大音量聆听情况下，在音乐间隙中听到明 显的噪音。4. 2. 4瞬态响应瞬态响应是指放大器跟随瞬态（猝发）信号变化能力大小的一种标准。现代音乐中 包括了很多此种信号，比如：打击乐器弹拨乐器，都能产生猝发声脉冲，即瞬态信号, 当瞬态信号输入到音频功率放大器输入端时，如果放大器的瞬态响应差，其输出就跟不上瞬态信号的变化，猝发信号的包络将产生畸变，这就是瞬态失真。我们平时测量瞬态响应常用方波信号，当方波信号输入放大器时，如果输出信号的 波形是方波，说明放大器的瞬态响应良好。而瞬态反应不良的就如

6、图2.2所示。若音频功率放大器的瞬态响应良好，那么放音时钢琴的声音就特别悦耳，特别是跳 跃式的短促音符，清晰度会增大。5. 2.5瞬态互调失真在电子放大线路中，由于零件的对称，温度的变化，噪音的干扰以及其他种种原因, 使信号的被放大的同时，无可避免地被加入各种各样的失真，而负反馈则能有效地降低 这些失真。举一个简单的例子来说，如放大器在放大一个正弦波信号时，加入了一个失 真的方波信号，这个正弦加方波的信号会被负反馈线路反相，然后反馈至输入端，和原 来的正弦波相减，使原来的信号幅度变小之外还含有一个相反的方波，这个新的信号在 经过放大器时同样会被再次加入一个失真的方波信号，由于信号里面已有一个相

7、反的方 波，这样正反方波便会互相抵消，使输出信号只含有正弦波，这就明显地降低了失真。 不过负反馈的缺点也是很明显的，因为负反馈令输入信号和反馈的输出信号相减，降低 了信号电平，如果要使输出信号被放大到足够的强度，放大器的放大率（增益）便要加 大，所幸的是这并非难事，尤其是晶体管机。晶体管放大器有坚固耐用，体积小，重量轻放大率高等优点，其缺点是工作特性 不稳定，易受温度等因素影响而产生失真甚至失控。解决办法之一是采用高达50至60dB 左右的深度负反馈。反正晶体管的放大率很高，牺牲一些无所谓，由于采用了大深度的 负反馈，大幅度减少了失真，所以晶体管机很容易获得高超的技术规格。不过麻烦也就 因此而

8、起，为了减少由深度负反馈所引起的高频寄生振荡，晶体管放大器一般要在前置 推动级晶体管的基极和集电极之间加入一个小电容，使高频段的相位稍为滞后，称为滞 后阶，可是无论电容如何小，总需要一定时间来充电，当输入信号含有速度很高的瞬态第7页共40页脉冲时，小电容来不及充电，也就是说在这一刹那线路是处于没有负反馈状态。由于输 入信号没有和负反馈信号相减，造成信号过强，这些过强信号会使放大线路瞬时过载 (Overload)o因为晶体管机负反馈量大，信号过强，程度更高，常常达到数十倍甚至 数百倍，结果使输出信号削波(Clipping)。这就是瞬态互调失真，由晶体管分立元件组 成的音频功率放大器和集成功率放大

9、器往往存在较严重的瞬态互调失真.这是造成“晶 体管声”的重要原因，当大音量,高频率的节目出现，最容易诱发瞬态互调失真。6. 2. 6转换速率转换速率SR主要是描述放大器对音源高频分量的跟随(反映)速度快慢的一项指 标。SR和放大器的瞬态响应雷同。一个大SR的扩音机，它的高频响应一定很出色， 而且瞬态失真TD(transient distortion)和瞬态交互失真非常的小。转换速率的单位是 uV/So要是一款Hi-End级功放，其SR值都能达到数十微伏/秒或者上百微伏/秒。这 中放大器的通频带一般也都相当宽，跟随频率变化的能力也是相当的强。7. 2.7交越失真与削波失真交越失真是由于是乙类推挽

10、功率放大器功放管起始导通的非线性造成的。其失真波 形如图2.3所示，在图中，图(a)为输入的无失真的正弦波信号，图(b)为放大器输出 的交越失真信号，图是削波失真信号。交越失真是一种非线性失真，是造成互调失真 的原因之一。削波失真是指功放管放大时，放大器输出信号不随输入信号的增大而增大, 以致输出信号波形的尖峰被削平，因此人们形象地称之为削波失真。削波失真使人感到 声音模糊且抖动，特别是在小功率放大器放音时常出现在这种情况，为了克服该现象的 发生，在设计音频功率放大器时要考虑有一定的功率储备。图2. 3放大器的交越失真削波失真2. 2. 8额定功率与功率储备放大器额定输出功率也称RMS功率或连

11、续功率，是指在一定的失真范围内，在喇叭第8页共40页阻抗一定的条件下，放大器输出的最大功率，那么对于一台音频功率放大器来说，其额 定输出功率并不是惟一值，而是随失真和负载的不同而变化.以前人们往往将功率放大器的额定输出功率定得和削波功率一样高，这样就严重影 响了放音质量，后来又规定额定功率应为削波功率的二分之一，但实践证明额定功率仍 然偏高，有的国家这样规定：两个声道各驱动一个阻抗为8欧的扬声器，在20-20000HZ 范围谐波失真小于1%时，测得的最大输出功率的有效值，即为放大器的额定输出功率。通过音乐节目的分析可以发现，音乐节目电平包络中总会不时地出现一些短暂的高 峰，这对放音的平均实际响

12、度会有影响，但不是很大，不过放大器的削波功率需避开这 些高峰，否则将产生削波，音乐节目会变得干燥，发硬，并产生所谓的“动态畸变”。要 克服这种失真，音频功率放大器的削波功率必须大于额定功率的10倍，也就是说音频 功率放大器要有一定的功率储备，一台削波功率为80W的晶体管音频功率放大器，其 平均功率能用到45W左右，若削波功率为50W,则平均功率只能用到34W左右。 而且在使用时，如果平均功率大于该数值，则功放的音质会明显下降。3功放电源3.1功放电源概述功放电源也是属于高保真功率放大器的一部分，它将市电转换成音频设备需要的纹 波系数很小的平滑直流电。所以将这部分独立出一个篇章来描述，是因为要突

13、显其重要 性。至于有多重要，下文将仔细的阐述。我们都知道，在一台高质量的功率放大器中，需要电源系统能够供给功放电路平稳 纯净的电压，因为我们都知道功放中的后级放大是相当大的倍数的，只要有一点点电流 的杂波就有可能被放大几十上百倍。这样的话，我们就不是在听音乐而是在“忍受噪音” 了。功放电源的重要性由此可见一斑。所以对我们一般所见的功放电源进行探讨很有必要，所以现在来探讨一下如何才能 制造出电压稳定、没有杂波的电源系统。一台笨重的功放，其用料耗资是十分可观的。用料足当然有其理由，比如大的变压 器和粗的导线可以减少内阻损耗，大电容器可以增加储存电荷的能力。但怎么说呢，无 止境的大会不会带来我们期望

14、的效果。如果是功率1W的前级，你给它2000W的电源和 给它1000W的电源事实上是没有多大的差别，因此合理有效的用料控制是值得我们研 究的。3. 2功放电源组成电源系统通常由变压器、滤波电容器、滤波电感器、整流二极管、稳压电路等构成。 3.2. 1电源变压器一台好的功放必须有一只好的电源变压器，这已经是业内的共识。但是选用什么样 的变压器才能使功放的声音更符合你的口味，对于不少初级DIY爱好者来说，也许并不第9页共40页是很清楚。本文简述几种常用电源变压器，希望能够对喜欢焊机初入此道的发烧友有所 帮助。变压器的出现已经有100多年的历史了，六十年代以前，世界上普遍使用的变压器 铁芯结构为e形

15、或c形，截面为矩形，采用插片式或中间切割工艺制造，铁芯的质量和 一致性都很差。变压器的电性能参数难以得到提高。随着科学技术的进步，变压器铁芯 的结构经过了几次大的改进。变压器铁芯材料也由热轧低硅片发展到热轧高硅片、冷轧 取向硅片、非晶态合金片等。电磁性能参数也有了较大的提高。在功放中最为常见的电源变压器为EI型、环型，其次为双柱型、r型、c型。（1） EI 型EI型是最为常用和多见的，结构简单.它的优点是加工制作容易绕制方便，成本低 廉，抗饱和性能好。缺点为漏磁大、同功率下的体积重量偏大，转换效率相对较低。EI型变压器在音色上的声音走向为厚重浓郁、温暖醇和，音场层次、细节解析力 一般。当采用特

16、殊的分层分段绕制方法后（即所谓的发烧绕制法），在细节和解析力上 有显著提高，而且高频上的延伸感也非常出色，有别于其他类型的电源变压器。如果在 使用过程中再针对其缺点增加部分辅助改良措施，例如增加屏蔽罩，采用优质铁芯和无 氧铜线，科学合理的绕制方法等，这一最原始古老的电子器件，仍是非常出色的。许多 世界名机例如麦精图等一直在坚持沿用这一传统的元器件。经典的胆机制作也一直在沿 用它。适合听音口味上喜欢“唯美”的DIY爱好者选用。（2）环型变压器是c型变压器之后开发出来的品种，磁路短，效率高，铜损与铁损均小于EI型变 压器，体积和重量小，安装使用方便。缺点为制作费用相对较高，抗直流饱和性能差。环型变

17、压器在音色走向上为清爽亮丽、刚劲，音场层次、细节解析力、速度感优于 EI型。但在中频的厚声温暖感上要逊色于EI型。由于环型变压器具有一些优异的性能 特点，因此被广泛的应用于各种档次的功放之中。但是由于环型变压器的抗直流饱和性 能差，极易产生杂音干扰，因此在一些顶级功放中的应用又受到一定限制，尤其是一些 纯A类功放。近年来由于技术的进步，环型变压器的这一先天缺点已经逐步得到改善， 在国外的一些高档功放上环型变压器的身影又多了起来。其他的变压器不是那么常用，所以就不再叙述了。3. 2. 2滤波电容器由于大容量的需求，电源系统中的滤波电容器清一色的都使用电解电容器，在功 放中所见的电容器标法规格常有

18、容量（uF）、工作电压（V）、纹波电流（A）。通常在功 放中所见的单个大电容器最大容量为25000uF。一般功放中的总容量约为lOO.OOOuF, 或稍小一些。那么是不是电容器就无限制地越大越好吗？当然钱是个要考虑的因素，另一方面，第10页共40页越大的电容器也面临着另一个问题，几乎容量大的电解电容器都会伴随有微小的电感 量，这是因为电解电容器本身是卷成螺旋状包装在铝壳中制造而成的，这会导致其高频 特性劣化。3. 2. 3滤波电感器另一方面我们经常可见在电源上使用滤波电感器来改善电源品质，利用电容和电感 在交流电源上形成LC滤波电路可以大大降低高频杂波干扰，使进入电源系统的交流电 更洁净。其次

19、可以使用大型的滤波电感器串联在变压器初级线一圈及次级线圈上来降低 纹波，稳定电源。最常见的是在两个并联的电容之间串联一个电感，形成刀型滤波器， 此举可有效改善电源。在电源上能够舍得花大钱用电感的功放，其品质自然也有很好的 保证。3. 2. 4整流二极管整流二极管在电源中占有很重要的地位，它将交流电转换成直流电。虽然许多人对 快速恢复整流二及管大加推崇，但如在线性电源中使用普通二极管，并且在每一个二极 管上并联一个小电容，也同样可以大大改善噪声干扰。3. 2. 5稳压及恒流电路对功放采用稳压电路供电是一个好方法，记得安装位置也要正确，要置于滤波电容 之前，其输出直接接到滤波电容上，滤波电容的电容

20、量也不可减少，不能因为采用了稳 压措施就减少滤波电容。变压器也一样不能偷工减料。总之，电容、变压器得用上如同 没有使用稳压电路之前大小，才可得到稳压的效果。这样的做法，需要花不少银两，因 此比较经济的做法是将功放的前级（电压放大级等耗电少的部分）与功率放大级分开供 电，仅对前级进行稳压供电，功率放大级则不作稳压。除了稳压之外，相对应也可以做 恒流电源的设计，供给放大线路固定的电流，则可得到稳定、无波动的电压，若线路的 前级再配上稳压电路的话，更是可以得到意想不到效果。3. 3整流滤波电路我们所用的功放需要的电源都是先将交流市电经变压器降压或升压后，通过整流器 变为脉动直流电，然后经过电容、电感

21、、电阻或三极管构成的滤波电路滤波，使之变为 波纹系数很小的平滑直流电，方可为音响设备使用，以上的过程中涉及到了 “整流”和 “滤波”两个过程。下面介绍下整流滤波电路。3.3. 1半波整流滤波电路半波整流滤波电路可由图3.1所示的半导体二极管构成。由于二极管D的单向导电 性，只有在变压器B次级电压U2为正半周时，才有电流流过负载，在负载两端形成图 3.2曲线a所示的单向脉动直流电压，故称半波整流。其输出电压的平均值：UL = Um2 / 3T 仁0. 318Um2第11页共40页式中，Um2为交流电压U2的峰值。在这个脉动电压中，除了直流分量之外，还含有 大量的交流分量。我们可以从图3. 2中的

22、a部分很清楚的看到，可见，半波整流电路输 出电压的交流分量比直流分量还要大，这样的脉动直流电是不能直接用于音响设备的, 须在电路输出端加接滤波电路，所以加入一个滤波电路，它一般由电容、电感、电阻及 三极管构成，其中最简单常用的是加接滤波电容如图3.1中的电容C。这样，由于电 容具有充放电作用，当二极管导通时，电压U2同时向电容C充电，使电容两端的电压 接近U2的峰值Um2；当二极管截止时，电容C则向负载Rl缓慢放电，直至Uc = U2时， 二极管才再次导通，C再次被充电，使Uc再次升高（此处Uc所指是电路加在滤波电容 C上的电压）。如此反复地充放电。负载两端的电压波形就变成因3.2曲线b所示的

23、形 状，比未加滤波电容时平滑多了，但仍存在少量的交流分量。这种采用电容滤波的整流 电路，称为容性负载整流电路。3. 1半波整流滤波电路3.2半波整流滤波电路波形全波整流滤波电路半波整流电路尽管加了电容滤波，输出电压的纹波系数（纹波系数是指交流分量有效值与直流分量的比值）仍偏大,效值与直流分量的比值）仍偏大,因而不能用于音频功放电路中，为了获得更小的波纹系数.满阻高俣直时大器的需求.KT千印加图R R斫示的仝油型:流涌冲由路，它是采用寸，0端应接 载有电流Id to可见，不 当未接滤波第12页共40页3. 3全波整流滤波电路3. 4全波整流滤波电路波形从波形比较我们就可以看出，全波整流滤波电路输

24、出的脉动电压平均值为半波整流 电路的2倍，即：UL = 2Um/ JI 0. 636Um2由于输出电压的平均值UL=Um / (1+0. 25/fRLC)所以我们知道，增大滤波电容C的容量，可以减小波纹系数(纹波系数= 0.144/ fRLC)，提高输出电压的平均值，这是优点，而且，使用大的滤波电容时，由于放电时 间常数较大，应付瞬间大动态信号时可起到“储水池”的作用。但是电容加大了，充电时间常数也变大了。当瞬间大信号消耗了电容的能量后，如 此会导致电压的恢复时间变长，使后继信号的输出疲软，给人以后劲不足之感。此外， 滤波电容过大时，开机浪涌电流也过大，很容易损坏整流管。可见，滤波电容并不是越

25、大越好，选用时要讲究科学，避免浪费。如果将加大电容 增加的费用，用于电源变压器增容，效果一定会更好。3. 3. 3桥式整流滤波电路该电路如图3. 5所示。图3. 5桥式整流滤波电路第13页共40页其特点是整流器由四只桥接的二极管构成，故次级绕组无论在正半周还是负半周期 间，桥的两臂均有一只二极管正向导通。所以与全波整流一样，在一个周期的正负半周 均有同一方向的电流流经负载。其输出电压波形、电压平均值以及波纹系数的计算方法 都与全波整流电路相同。我们可以参考上面提及的全波整流的公式。桥式整流电路虽然多用了两只二极管、但电路的反向电压由两只二极管串联来共同 承受，二极管的耐压可减小一半。此外，该电

26、路流经次级绕组的电流为正弦波，变压器 无直流磁化现象，铁芯不易饱和，变压器的体积可更小一些。所以这种整流滤波电路应 用最为广泛。下面我列出以上几种常用整流滤波电路的特性参数如表3.1所示。表3.1常用整流滤波电路特性参数电路形式半波整流 电容滤波全波整流 电容滤波桥式整流 电容滤波交流输入电 压有效值 (U2)U2U2+ U；U2负载开路时 的输出电压V2U2V2U20U2带负载时输 出电压近似 值(UL)U21.2U21.2U2每个二极管 反相峰值电 压(Ur)272 U22aU2V2U2每个二极管 直流电流 (Im)Im0. 51m0. 51m3. 4稳压电路3.3中介绍的整流滤波电路用于

27、给功率放大器供电可以确保系统性能的发挥，但是 如果用来直接为前置放大器供电，其波纹系数偏大，会影响放大器的信噪比指标。所以 高质量的前置放大器，一般都要采用稳压电源供电，即主整流滤波电路的输出电压经一 个稳压电路稳压之后，再供放大器使用。这样，所输出的直流电压不仅波纹系数更小， 而且相当稳定，不会受负载电流和市电变化影响、使放大器的信噪比和稳定性大大提高。 常用的稳压电路主要有以下几种。 二极管稳压电路第14页共40页 串连型稳压型电路 并联型稳压电路集成稳压电路4方案论证及阐述4.1设计要求(1)额定功率大于双30w(2)总谐波失真小于0.5%(3)频率响应为40HZ到20KHZ(4)噪声电

28、压小于5mv(5)整机效率大于60%4. 2方案论证根据设计的要求，结合我们前面对功率放大器的介绍，我们这个功率放大器可以用 分立元件组成，也可以用集成电路完成。现在我就具体情况具体分析，针对我们这种高 保真初级制作者，分立元件的方案比较有难度，因为做分立元件，要选好电路，参数恰 当，元件性能优秀，甚至要求一些元件具有极端的对称性，而且最好还要制作调试得好 才行。所以我选择用集成芯片来做这个设计。下面我将在集成芯片这个范围来选择我的 方案。4. 2. 1后级放大器方案选定那现在我们来看看一些集成功放，相对来说比较熟悉的有：LM1875、TDA2040A、 TDA1514等。其中TDA2040A

29、功率裕量不大，而TDA1514外围电路比较复杂(因为它管 脚数多达9个)，而且容易自激，有40W的输出功率，而且其额定工作电压达到27. 5V, 如此会增加对变压器的要求，降低整个音响系统的性价比。这两种功放的低频特性都欠 佳，LM1875外围电路简单，电路成熟，低频特性好，保护功能齐全，虽然说它的工作 电压推荐值为25V,但是LM1875在相对低电压下的表现也是很出色的，唯一的缺点就 是高频特性不是很好(Band Width 70KHZ),考虑到高保真音响的频域要求和LM1875 的性价比，因此选择LM1875做后级放大。然后考虑到功率要满足2X30肌 所以将4片 LM1875驳接成桥式推挽

30、电路(BTL),此时理论上的输出功率可以达到2X50W。4. 2. 2前置放大器方案选定从前面对前置放大器的简介中我们得知前置放大器相当重要，现在很多的HI-END 的前置功放的价格就比很多发烧友用的整套功率放大器还贵。笔者认为，不同的运放，由于内电路结构不向，失真成分也就可能有所差异，这种 差异最终会以音色上的差别表现出来。就高保真而言，选用时以不带个性的为好。然而 现代音响多使用数码音源，选用音色温暖型的则可在一定程度上弥补其声音偏干、偏冷 的不足。从这个意义上讲，高价的运放不一定就是最佳选择，重要的是根据其音色特点摘要随着国家经济蒸蒸日上，现代科技不断发展，这些使人们在物质享受之余，也有

31、了 更多的精神享受的需要。其中之一：音乐，便是一种古老的享受形式。而高保真音响就 是欣赏音乐的物质基础。本论文将以性价比为导向，兼顾基本的高保真的技术指标，讨论了适合初级发烧友 的高保真功放。论文由浅至深，结合图示给出了高保真音响的相关知识，以及整个功放 的工作过程的细节。同时还介绍了各个主要芯片自身的特点及如何去设计这个系统来满 足一定的技术指标。论文尽可能通俗地来介绍高保真音响，让大家能从中学到基本的高 保真音响的知识的同时，还能学会如何制作高保真音频放大器。在技术层面上，系统主要是采用集成芯片来完成的，因此对于一个初级发烧友来说 相对简单，这个设计中用到了 NE5532（曾经的“运放之皇

32、”）做前置放大芯片，典型的增 益为20dB；用NSC公司的LM1036做音调芯片，通过改变直流控制电压来实现音调控制。 后级功率放大部分用的也是NSC公司的一款经典芯片一一LM1875芯片，用4片LM1875 驳接成了左右声道的BTL电路，以取得更大的功率以及更好的音效。在论文的后面部分，着重的讲述了制作和调试中遇到的软件、硬件上的问题以及如 何解决，并给出了高保真音频放大器性能指标的国家标准测量方法。这些可以成为大家 制作过程中的一些的提示以及测试的依据。关键词：高保真；集成芯片；BTL；音调控制第15页共40页是否能与整机或系统配合或取长补短来决定取舍。同时还要看它能否适应电路的工作条 件

33、或性质。此外，由于人耳生理条件的限制，当器件的性能指标达到一定程度以上时， 所带来的音质方面的改善已难以分辨。故盲目地追求高性能，结果可能适得其反、如选 用的运放带宽过大，元件排列、布线稍有不当、就会导致自激；而有时则是一种浪费， 所得到的不过是心理上的满足而己。而本设计要求噪声电压5mv,那么也就是说要求设计前置放大输入交流短接到地 时，Rl=8Q的电阻负载上的交流噪声电压要低于5mv,因此要选用低噪声运放。结合自己的经验，觉得选择NE5532这款久负盛名的当年的“运放之皇”，虽然只 是中低端的产品，但是其内部为JFET (结型场效应管结构)，声音特点总体来说属于温 暖细腻型，驱动力强，恰好

34、与我们要接的数码音源的那种数码声相配合，减少数码声的 味道。虽然说选择有很多新的运放比NE5532更有“胆管声”，但是到目前为止来说， NE5532以它在电压，转换速率，增益带宽等方面的优异指标，以及与LM1785相同的 转换速率，杜绝了瓶颈的存在的种种因素，加上NE5532正品也只要8元人民币。这些 因素足以说明它的性价比是相当的高。所以就选择了 NE5532为前置放大芯片。4. 2. 3音调芯片方案选定音调控制芯片，这是因为一般语言和音乐，在重放音乐时所需的频率范围不同。语 言放音的频率范围为100Hz到几KHz,交响乐放音的频率范围则大于40Hz1妹Hz,这 样它们对放大电路的频响就要求

35、不同。再加上放音环境的差异，每个人在听觉上的习惯 和爱好不同，所以在放大器中就需要加入音调控制电路，用它来按实际需求突出或减弱 高音区或低音区，以期改善听音效果。还有，人耳对不同频率的声音的灵敏度是不同的, 所以要增加一个响度控制电路，将低频信号的声强提高。这两种电路的组成都要求要音调芯片.当时本来是选TA7630,查阅资料后发现其信 噪比不高，频带窄，动态小，失真大。同时也查阅了 TDA1524的资料，此芯片的声音 太冷，带有10倍的增益，和末级的电平配合不太好，噪声也太大。最后查了下LM1036 的相关资料。发现LM1036技术成熟，外围电路不复杂，信噪比高，声道隔离度也大， 还有其他的优

36、点。所以就选择了 LM1036来作为音调芯片。4. 2.4电源方案选定因为音响对电源的要求很高，开始考虑直流伺服稳压电源，但是后来考虑到该电路 太过复杂，所以在直流伺服稳压电路的基础上进行了一些小改进，也就是本设计中要选 择的一个桥式电路。而桥式电路的优点在前面的介绍电源章节也很详细地介绍了，所以 在这里不仔细介绍。而双桥整流滤波电路，加稳定，更加独立，所以就选择了它。4. 3具体方案阐述4. 3. 1前级放大器方案阐述(1)音调芯片LM1036第16页共40页芯片介绍LM1036是一个电压控制的双声道，音调（高/低音）、音量、左右音量平衡调节IC。 它还带有一个等响度开关，用以补偿在小音量时

37、的人耳特性曲线。因为它是用电压控制 调节，可以用单片机控制电路去调节音调、音量、平衡、等响度等，可以完全不用讨厌 的双联（或单联）电位器，就算用也不会对音质有影响，以下就是它的一些特性： 工作电压：9V16V音量控制范围达75dB 音调控制范围达15dB声道隔离度275dB 低失真：在输入0.3Vrms时，总谐波失真为0.06%高信噪比：在输入0. 3Vrms时，信噪比高达80dB外围电路简单音调电路原理图及分析音频信号是先经过LM1036,增益为1,也就是OdB。因为我用的外围电路是LM1036 的典型电路，所以我们知道，由C9,C5 ,C8,C4可以决定低频和高频的幅度及相位。从 下面的公

38、式（由图4.1知：C4=C5,公式8）第17页共40页+ 0.00065(1 4)Bass Response=j69C8t 0.00065a.1 +LTreble Response=Treble Response=1 + 汝5500(1 q)Q1 + jco5500arC4我们可以很清楚地从图4.1得到如此信息:对于左声道（Lout）和右声道（Rout） 的信号，当为 = %=0时，此时低频和高频都增加到最大，也就是音箱发出的声音低音 和高音都最大了。当 =%=1时,则相反。在图中我们可以看到C4=C5=0.01/F, C8=C9=0. 39尸。如此的话，在40Hz和16KHz处便可以获得15

39、dB的幅度增益。改变 高音电容C4,低音电容C8的取值，可以获得不同的提升和衰减特性。但是此时中频段 却不会发生变化，因为调音的原理决定了这点，所谓提升或衰减高、低音，都是相对于中音而言的。先把中音作一个固定衰减（或加深负反馈）然后让高音或低音衰减小一些 （或负反馈轻一些），就算是得到提升。LM1036输出阻抗为20欧，具有立体声系统的全部音调、音量和平衡控制，通过 图4中的各个变阻器改变各控制角的电压来实现对音量，音调，平衡进行控制。它还 具有单独的开关式响度控制器电路。这些功能全部是用电位器改变直流控制电压来实现 的，电位器本身并不通过音频信号，所以电位器与电路板之间的连接线不会给整个系统

40、 引入交流声。各个控制电路的具体位置及功能，图4.1都已经标明了，此处不在鳌述。（2）前置放大器芯片NE5532芯片介绍NE5532为“发烧界”曾经颇负盛名的高速、低噪声双运算放大器（左、右声道各 用其半，即L-CH用第一运放，R-CH用第二运放），现在仍活跃在一些中高端的音箱设 计中。它做成的放大器，大动态威猛够劲，细腻处晶莹通透，很受欢迎。其内部电路中 采用了两级差分放大。因而共模抑制比、等效输入噪声、失真度和增益带宽等性能比较 优秀。由于输出级采用单端输出方式，并且工作点取得较高（运放工作电流达8mA,输 出管工作电流为5mA左右）。所以有较高的转换速率。没有推挽电路特有的交越失真和 开

41、关失真、失真成分中偶次谐波较多，所以才会音质细腻温暖。NE5532的管脚结构及 其功能，如下图所示（2脚）反相端输入（4脚）负电源（6脚）反相端输入（8脚）正电源（2脚）反相端输入（4脚）负电源（6脚）反相端输入（8脚）正电源（1脚）输出信号（3脚）同向端输入（5脚）同向端输入（7脚）输出信号第18页共40页图4. 2管脚结构及其功能表4.1 NE5532技术参数参数名称单位数据值输入失调电压mV0.5温漂uV/5增益带宽积MHz10转换速率V/us9谐波失真%0. 001工作电流mA8工作电压V3 22特 性双运放(宽频带，低噪声，转换速率大，电源范围广)前置放大器及外围电路原理图及分析由上

42、图我们知道是由NE5532这个双运放组成，其优越的性能在方案论证已经叙述, 该芯片是音质保证的一个很大的筹码。我们从图4. 3得知，他们是由2个同相放大器组 成的，然后分别对左声道(Lout)和右声道(Rout)输入的音频信号进行放大，由于运 放的“增益带宽积”指标是增益与频带宽度的乘积，提高增益后，必然会使带宽变窄。 所以一般增益选择在20倍以下为好，此处设计其增益为R20/R19+l=R6/R5+l=ll 20dBo C14、C15、C16、C17为保证NE5532电源的直流性提供了更大的保证，从而使 噪音电压尽可能的减少。R4和R18是为了提高输入阻抗，降低对前级音调的影响；C12 与C

43、32是用来滤除高频杂波的旁路电容。第19页共40页图4. 3前级放大模块电路4. 3. 2后级放大器方案阐述(1)后级放大芯片LM1875LM1875是美国国家半导体器件公司生产的音频功放芯片，采用5脚单列直插式塑 料封装结构。该集成芯片在25V电源电压RL=4。时可获得20W的输出功率，在30V 电源8Q负载获得30W的功率，内置有多种保护电路。电路特点： 单列5脚直插塑料封装，仅5只引脚。 开环增益可达90dBo极低的失真，1kHz, 20W时失真仅为0.015%。 AC和DC短路保护电路。 超温保护电路。 峰值电流高达4A。第20页共40页 极宽的工作电压范围(16-60V)。 内置输出

44、保护二极管。 外接元件非常少，T0-220封装。 输出功率大，Po=20W(RL=4Q)oLM1875采用T0-220封装结构，形如一只中功率管，体积小巧，外围电路简单，且 输出功率较大。该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护，是中 高档音响的理想选择之一。LM1875为单片30W集成功率放大电路。它的主要技术指标 为：最大输出功率为40W,频率范围为20Hz到20kHz,负载阻抗为8Q,输出40W功 率时，失真率为0.015%,总谐波失真为0.02% ；开环增益90dB,功率带宽为70 kHz, 最大电流容量为3A,它的典型电压换速率：8V/uso测试条件：Zc=+25V,

45、 VEE = -25V , TA = 25 , &=8Q,4 = 20(26的,于。=1kHz oLM1875在使用时有以下特点： 稳定性。闭环增益在10dB或稍大于10dB使用时，电路工作最稳定。和其它大电 流放大器件一样，当因布线不当造成输出与输入之间产生耦合时，会出现自激。可在3 脚、5脚与地之间加入0. 1 11F的退耦电容。电路的输出可直接与扬声器连接也可通过电容与扬声器耦合。并在输出与地之间加 入平衡网络，用1Q电阻与0.224/电容串联。 失真度。在8Q负载上输出功率为20W, /= 20kHz时，THDQ.05/o；当/= 1kHz时，THD 0.02%。电流极限和SOA保护。

46、正常应用时，工作电流限制在4A左右, 当输出管加上高电压时，则降低最大电流，以确保安全。LM1875在驱动非线性的电抗性负载时，例如装有保护继电器的扬声器时，由于电 感反动势的作用，可能使负载上的电压摆幅超过电源电压，导致晶体管损坏。而LM1875 内装有SOA保护电路，确保电路安全。 过热保护。LM1875内部设有先进的过热保护电路，当管芯温度达到170时，电 路自动停止工作。当温度降至145c时，又重新工作。此后若温度再度上升时，只要升 到150C时，即停止工作。这样即使在持续故障下也能保证芯片的安全性。第21页共40页表4. 2芯片LM1875的参数参数测试条件典型值极限值单位静态电流P

47、mil =。卬70100mA输出功率THD=1%25WTHDPg= 20W，于。=1kHz0.015（总谐波失真）Pout= 20W,人=20kHz0. 050.4%Polll = 20W, f0 = 1kHz, & = 4Q0. 022PMll = 20W,4=20kHz, Rl= 4Q0. 070.6失调电压115mV输入偏置电流0.22A输入失调电流00.5/LlA增益带宽乘积fo = 20kHz5.5MHz开环增益DC90dBPSRR% 1kHz 169552电源纹波抑制率$ 1kHz 18352dB电压转换速率20W,8Q,70KHz （频带宽度）8V 1 LIS等效输入噪声R, = 600Q3防心（2）后级放大电路原理图及其分析经过前级的对信号的扩大和阻抗匹配，最后一关：功率放大决定着推动音箱是否能 够真正的还原真实的音乐。下面请看原理图4.4。第22页共40页功放电路如图4. 4 （一个声道）所示，从图中得知该电路是用BTL形式连接，采用 的电压负反馈。该电路还可以采用电流负反馈电路，也是近年来报