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        高保真音響設(shè)計(jì)制作

        2020-10-21 13:47:50王曉宇豐霞
        關(guān)鍵詞:高保真

        王曉宇 豐霞

        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?cè)谖镔|(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(jí)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(shí),以及整個(gè)功放的工作過程的細(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(shí)的同時(shí),還能學(xué)會(huì)如何制作高保真音頻放大器。

        關(guān)鍵詞:高保真;集成芯片;BTL;音調(diào)控制

        1.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(jiǎn)稱Hi—Fi)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(jí)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(huì))出的《IEEE名詞術(shù)語詞典》一書對(duì)“Hi—Fi信號(hào)”的解釋為Hi—Fi信號(hào)是指使用性能最好的先進(jìn)器件,如話筒、功率放大器、音箱或耳機(jī)之類來對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳送。

        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(gè)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(tǒng)范圍太過廣泛,為了達(dá)到論文的針對(duì)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。

        2.2 高保真功率放大器主要技術(shù)指標(biāo)

        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(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(tái)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?jí)放大是相當(dāng)大的倍數(shù)的,只要有一點(diǎn)點(diǎn)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(duì)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)。

        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(gòu)成。

        3.2.1電源變壓器

        一臺(tái)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(shí)。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(duì)于不少初級(jí)DIY愛好者來說,也許并不是很清楚。本文簡(jiǎn)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(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“整流”和“濾波”兩個(gè)過程。

        3.4 穩(wěn)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(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(huì)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(huì)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。

        4 方案論證及闡述

        4.1 設(shè)計(jì)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(yīng)為40HZ到20KHZ

        (4)噪聲電壓小于5mv

        (5)整機(jī)效率大于60%

        4.2 方案論證

        根據(jù)設(shè)計(jì)的要求,結(jié)合我們前面對(duì)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?,F(xiàn)在我就具體情況具體分析,針對(duì)我們這種高保真初級(jí)制作者,分立元件的方案比較有難度,因?yàn)樽龇至⒃?,要選好電路,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(duì)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)范圍來選擇我的方案。

        5整體調(diào)試

        接上電腦音源,及標(biāo)準(zhǔn)的無源揚(yáng)聲器,發(fā)現(xiàn)噪聲及其劇烈,音樂的聲音完全淹沒在刺耳的尖剌聲音,關(guān)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(xì)檢查電路后,還是沒有發(fā)現(xiàn)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(cè)各個(gè)芯片電源端(正電源端和負(fù)電源端)、音頻輸入端、音頻輸出端及反饋端對(duì)地的電壓值和電阻值。測(cè)得各引腳的數(shù)據(jù)值與正常值相差不大,集成芯片沒問題?;艘幌挛?,還是沒有找到原因。于是問一些科協(xié)的同學(xué),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(fā)現(xiàn)LM1036只是在小電壓輸入0.3Vrms時(shí),失真才是很小,但是當(dāng)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(jié)

        6.1 完成程度

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

        6.2 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

        本次設(shè)計(jì)做成的高保真音頻放大器采用的是集成芯片,所以技術(shù)都是相當(dāng)成熟,在前置放大器電路中用到的NE5532采用了負(fù)反饋的技術(shù),如此便可以很小的諧波失真度和寬闊平坦的頻率響應(yīng),減小瞬態(tài)互調(diào)失真。

        6.3 技術(shù)缺陷

        ·后級(jí)芯片LM1875是采用傳統(tǒng)的電壓負(fù)反饋方式來處理BTL接法,如果采用電流負(fù)反饋技術(shù)的話,能使低頻重放力度增強(qiáng)。后級(jí)的散熱片沒有獨(dú)立地散熱,所以功放長時(shí)間工作會(huì)導(dǎo)致溫度上升很大。

        ·由于布線是手動(dòng)布線,自己又缺乏自動(dòng)布線經(jīng)驗(yàn),所以板子上存在很多跨接線,需要改進(jìn)。

        參考文獻(xiàn)

        [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(shè)計(jì)技術(shù)入門與應(yīng)用[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2002

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