高保真音響設計制作

王曉宇 豐霞

摘 要：隨著國家經濟蒸蒸日上，現代科技不斷發展，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。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。

關鍵詞：高保真;集成芯片;BTL;音調控制

1.高保真音響系統

1.1 高保真音響系統定義

談及高保真（High Fidelity，簡稱Hi—Fi）音響系統來，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。那么下面由專業術語來解釋：美國IEEE（電子與電機工程師協會）出的《IEEE名詞術語詞典》一書對“Hi—Fi信號”的解釋為Hi—Fi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。

1.2 高保真音響系統組成

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。

2 高保真功率放大器

由于高保真音響系統范圍太過廣泛，為了達到論文的針對性和專業性，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。

2.2 高保真功率放大器主要技術指標

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，它將市電轉換成音頻設備需要的紋波系數很小的平滑直流電。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，需要電源系統能夠供給功放電路平穩純凈的電壓，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，所以現在來探討一下如何才能制造出電壓穩定、沒有雜波的電源系統。

3.2 功放電源組成

電源系統通常由變壓器、濾波電容器、濾波電感器、整流二極管、穩壓電路等構成。

3.2.1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燒友有所幫助。

變壓器的出現已經有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展到熱軋高硅片、冷軋取向硅片、非晶態合金片等。電磁性能參數也有了較大的提高。

在功放中最為常見的電源變壓器為EI型、環型，其次為雙柱型、r型、c型。

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，通過整流器變為脈動直流電，然后經過電容、電感、電阻或三極管構成的濾波電路濾波，使之變為波紋系數很小的平滑直流電，方可為音響設備使用，以上的過程中涉及到了“整流”和“濾波”兩個過程。

3.4 穩壓電路

3.3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性能的發揮，但是如果用來直接為前置放大器供電，其波紋系數偏大，會影響放大器的信噪比指標。所以高質量的前置放大器，一般都要采用穩壓電源供電，即主整流濾波電路的輸出電壓經一個穩壓電路穩壓之后，再供放大器使用。這樣，所輸出的直流電壓不僅波紋系數更小，而且相當穩定，不會受負載電流和市電變化影響、使放大器的信噪比和穩定性大大提高。

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60%

4.2 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，因為做分立元件，要選好電路，參數恰當，元件性能優秀，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。

5整體調試

接上電腦音源，及標準的無源揚聲器，發現噪聲及其劇烈，音樂的聲音完全淹沒在刺耳的尖剌聲音，關上電源。接到耳塞上仍然是如此，排除了音箱的問題。

所以再度仔細檢查電路后，還是沒有發現任何的器件極性問題，或者是短路問題，想到可能是集成芯片有，所以檢測各個芯片電源端（正電源端和負電源端）、音頻輸入端、音頻輸出端及反饋端對地的電壓值和電阻值。測得各引腳的數據值與正常值相差不大，集成芯片沒問題。花了一下午，還是沒有找到原因。于是問一些科協的同學，得知有可能是電壓截止造成的。被告知看看是不是有哪塊集成芯片的輸入電壓過大。于是查閱該芯片的pdf文檔，發現LM1036只是在小電壓輸入0.3Vrms時，失真才是很小，但是當從NE5532放大11倍后的電壓加上去以后，失真大到了無法忍受的狀況.

6 總結

6.1 完成程度

這次高保真音頻功率放大器的設計完成的沒有很完美，雖然接上它聽音樂效果不錯，但是參數沒有完全的符合，只是基本上滿足了給定的技術指標。

6.2 技術優點

本次設計做成的高保真音頻放大器采用的是集成芯片，所以技術都是相當成熟，在前置放大器電路中用到的NE5532采用了負反饋的技術，如此便可以很小的諧波失真度和寬闊平坦的頻率響應，減小瞬態互調失真。

6.3 技術缺陷

·后級芯片LM1875是采用傳統的電壓負反饋方式來處理BTL接法，如果采用電流負反饋技術的話，能使低頻重放力度增強。后級的散熱片沒有獨立地散熱，所以功放長時間工作會導致溫度上升很大。

·由于布線是手動布線，自己又缺乏自動布線經驗，所以板子上存在很多跨接線，需要改進。

參考文獻

[1] 張維園.高保真放大器與音箱制作精選 [M]. 北京：人民郵電出版社，2001

[2] 李東生.Protel 99SE 電路設計技術入門與應用[M]. 北京：電子工業出版社，2002