在技術層面上，系統主要是采用集成芯片來完成的，這個設計中用NS(NationalSemiconductor)公司帶有3D環繞聲場處理功能的LM4610N做音調芯片，通過改變直流控制電壓來實現音調控制；前置放大使用了曾經的“運放之皇”NE5532,典型的增益為20dB;后級功率放大部分用的也是NS公司的一款經典芯片——LM1875芯片，每聲道兩關鍵詞：3D環繞；集成芯片；直流電壓音調控制；BTL;無信號自動關機1家用音響系統技術(例如頻率校正、信號延時、人工混響等)1.2家用音響系統組成1.2.1節目源設備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CD1.2.2功率放大器(1)前置放大器常重要的。因為在輸入1mV的音頻信號(例如話筒信號)中，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，(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1.2.3揚聲器系統2.1.1電子管放大器生激勵(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，大，由于在汽車里面使用環境較為惡劣(高溫、振動、電源等問題)從而很大程度限制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%),阻尼系數非常高，瞬態響應也較電子管功放優秀得多。聲音清脆開揚，極具穿透力且力度十足。它克服了電子管功放的兩個缺點，一是阻尼系數可做得很高，有良好的瞬2.1.3集成電路放大器護電路都內置了，一般情況下不會發生燒毀器件的問題，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，但是現在隨著集成2.2高保真功率放大器主要技術指標2.2.1額定輸出功率與功率儲備輸出功率并不是惟一值，而是隨失真和負載的不同而變化.然偏高，有的國家這樣規定：兩個聲道各驅動一個阻抗為8歐的服這種失真，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4-5W左右，若削波功率為50W,則平均功率只能用到3-4W左右。而圖2.1:放大器的通頻帶頻率響應范圍的規定是：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。按照一般的規定，高保真功率2.2.4信噪比信噪比(SignalNoiseRatio)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值，只出值和噪聲值之比，舉例來說，當信噪比為100dB時，輸出電壓是噪聲電壓的一萬倍，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2.2.5瞬態響應瞬態響應是指放大器跟隨瞬態(猝發)信號變化能力大小的一種標準。現代音樂中包括了很多此種信號，比如：打擊樂器彈撥樂器，都能產生猝發聲脈沖，即瞬態信號，上波形是方波，說明放大器的瞬態響應良好。而瞬態反應不良的就如圖2.2所示。裝裝訂線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，而且瞬態失真TD(transientdistortion)和瞬態交互失真非常的小。轉換速率的單位是uV/s。要是一款Hi—End級功放，其SR值都能達到數十微伏/秒或者上百微伏/秒。這2.2.7動態范圍功率放大器的動態范圍是指最大音量與最小音量時所輸出的不失真功率的分貝值對于高保真功放，其動態范圍應大于75dB。較好的功放應達到110dB。態范圍才能使信號中的像雷電聲(110dB)和歌唱家的氣息聲以至唇齒聲(75dB)等如保證放音完美的最佳電源是理想電源。所謂理想電源就是電源內阻為0歐，在任何3.2功放電源組成的變壓器才能使功放的聲音更符合你的口味，對于不少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裝裝訂線EI型是最為常用和多見的，結構簡單.它的優點是加工制作容易繞制方便，成本低般。當采用特殊的分層分段繞制方法后(即所謂的發燒繞制法),在細節和解析力上有它。適合聽音口味上喜歡“唯美”的DIY愛好者選用。(2)環型變壓器環型變壓器是c型變壓器之后開發出來的品種，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高，抗直流飽EI型。但在中頻的厚聲溫暖感上要遜色于EI型。由于環型變壓器具有一些優異的性能純A類功放。近年來由于技術的進步，環型變壓器的這一先天缺點已經逐步得到改善，3.2.2整流二極管(整流橋)管上并聯一個小電容，也同樣可以大大改善噪聲干擾。3.2.3濾波電容器由于大容量的需求，電源系統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法規格常有容量(uF)、工作電壓(V)、紋波電流(A)。一般功放中的總容量約為100,00uF,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3.2.5穩壓及恒流電路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3.3整流濾波電路3.3.1半波整流濾波電路半波整流濾波電路可由圖3.1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：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，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Uc=U2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3.3.2全波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(紋波系數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.滿足高保直放大器的需求.可采用如圖33所示的全波整流濾波由路，它是采用雙二管次電容付，0端應接.載有電流ID當未接濾波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由于輸出電壓的平均值UL=Um/(1+0.25/fRLC)fRLC),提高輸出電壓的平均值，這是優點，而且，使用大的濾波電容時，由于放電時訂線圖3.5橋式整流濾波電路電路形式半波整流電容濾波電容濾波電容濾波交流輸入電負載開路時的輸出電壓帶負載時輸出電壓近似值(UL)每個二極管反相峰值電壓(UR)每個二極管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，(1)額定功率大于雙30w(2)總諧波失真小于0.5%裝裝訂線(5)整機效率大于50%4.2方案論證4.2.1音調芯片方案選定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40Hz—14kHz,這高音區或低音區，以及更高層次的3D環繞聲，以期改善聽音效果。還有，人耳對不同通過查閱圖書館的資料和網上搜索相關資源，初步決定使用美國NS公司的LM4610音調控制芯片，它是美國NS公司在前幾年推出的LM1036的換代產品。該芯片除了具有性能優異的雙聲道直流電壓調節高低音調、平衡、音量功能外，還具有立體聲3D環4.2.2前置放大器方案選定而本設計要求噪聲電壓≤5mv,那么也就是說要求設計前置放大輸入交流短接到地結合自己的經驗，覺得選擇NE5532這款久負盛名的當年的“運放之皇”,雖然只是中低端的產品，但是其內部為JFET(結型場效應管結構),聲音特點總體來說屬于溫裝裝訂線4.3具體方案闡述裝裝訂線●工作電壓為9～16V,常用12V,靜態電流為35mA;●輸入阻抗為30kΩ,輸出阻抗低達20Ω;●音量調節范圍為75dB;平衡調節范圍為1～20dB;●低音調節(40Hz時)為±15dB,高音調節(16kHz)為±15dB;●總諧波失真僅0.0003;●信噪比可達80dB;●頻響寬度為250kHz;●信號最大輸入、輸出電壓為1.5V;●兩聲道平衡誤差少于1.5dB;●電源共模抑制比為60dB。人的耳朵在不同音量(響度)時，對聲音中不同頻率信號的敏感度不一樣，即隨著音量裝裝訂線否進行補償的，當SW1置于ON時，9腳與14腳相連，隨著14腳電壓的變化(音量變化),時，9腳與19腳相連，響度補償功能不起作用。(2)前置放大器芯片NE5532NE5532為“發燒界”曾經頗負盛名的高速、低噪聲雙運算放大器(左、右聲道各用兩級差分放大。因而共模抑制比、等效輸入噪聲、失真度和增益帶寬等性能比較優(1腳)輸出信號(3腳)同向端輸入(5腳)同向端輸入(7腳)輸出信號(2腳)反相端輸入(4腳)負電源(6腳)反相端輸入(8腳)正電源裝裝訂線諧波失真工作電流工作電壓V±3~±22②前置放大器及外圍電路原理圖及分析R001和R001A是為了提高輸入阻抗，降低對前級音調的影響；C002與C002A是用來濾除高頻雜波的旁路電容。裝裝訂線為：最大輸出功率為40W,頻率范圍為20Hz到20kHz,負載阻抗為8Ω,輸出40W功率時，失真率為0.015%,總諧波失真為0.02%;開環增益90dB,功率帶寬為70kHz,Ay=20(26dB),fo=1kHz。內裝有S0A保護電路，確保電路安全。路自動停止工作。當溫度降至145℃時，又重新工作。此后若溫度再度上升時，只要升到150℃時，即停止工作。這樣即使在持續故障下也能保證芯片的安全性，這一點設計參數測試條件典型值極限值單位靜態電流輸出功率(總諧波失真)%失調電壓0增益帶寬乘積開環增益電源紋波抑制率電壓轉換速率20W,8Ω,70KHz(頻帶寬度)8等效輸入噪聲3n寸T4Ak00020008+2r寸 433555圖4.4功率放大芯片LM1875BTL接法及外圍電路功放電路如圖4.4所示，從圖中得知該電路是用BTL形式連接，采用的電壓負反饋。該電路還可以采用電流負反饋電路，也是近年來報刊推薦較多的電路，與電壓負反饋電如果采用電流負反饋電路時，電源的功率儲備要有余量，而我用的是100W的環形變壓這種頗負盛名的高速度低噪聲的電源為音質提供了保證。其原理圖如圖4.5所示：裝裝訂線Vp5生中2pFc日心圖4.5供前級的有源伺服穩壓電路(2)功放電源需要很大的動態，所以決定使用不帶穩壓塊的整流電路。其原理圖如圖4.6所示：bi古寸3c圖4.6供后級功放的電源電路功放電源使用的濾波電容是四個4700uF的大電容，網上愛好音響的發燒友的經驗得出，用一個上萬u的大塘還不如用多個中等容量的電容并聯來代替，這個一方面電源控制電路的原理圖如圖4.7所示，裝裝訂線經整流橋整流、三端穩壓集成電路7812穩壓，供給電路12V電源。在接通電源瞬間，由于電容C35兩端電壓不能突變，555芯片的2腳為低電平，觸發555芯片的3腳輸出高電平，使繼電器K31吸合，從而使音響得電而工作，同時維持本電路的正常工作。式等細節也絕不能忽視。所以我結合自己在protel中布局和布線的經驗，現將一些非裝裝訂線生削波失真。整個電源部分成本應占Hi-Fi功放成本的3/5左右。5.2電路板制作經驗總結5.2.1制板步驟(1)在電腦及Protel99se的協助下繪制原理圖及PCB圖。(2)根據實際元件的尺寸對PCB圖中的元件封裝進行確認。(4)用熨斗將轉印紙上的油墨燙在用細砂紙擦過的鍍銅底板上。(5)用三氯化鐵加熱水腐蝕掉板子上多余的鍍銅，電路板初步成型。(6)分別用對應的鉆頭鉆好電路板上的孔。(7)用水砂紙邊沖水邊擦掉油墨，然后擦干后用酒精和松香一定比例混合，將整(8)安裝焊接元件。步驟是如此：對應原理圖，先焊跨接線，再焊電阻，再焊電容(那些上千微法的電容暫不焊),再焊整流橋，再焊集成芯片，裝配散熱器，裝散熱器時記得由于LM1875的負電源與金屬帽相通，故IC與散所以那時都是選擇直接畫PCB,沒有用到網絡表什么的，但畢業設計的電路圖用這種辦裝裝訂線6.2模塊調試6.2.1電源調試電源電路比較簡單，所以接上220V市電后，用示波器觀察+24V波形，沒有明顯的雜波，供給后級功率放大電路就完全可以了。再觀察+12V調大電壓量程，仍然未發現6.2.2后級功放模塊調試電源加了100uF,0.01uF和0.1uF的濾波電容，再通電看波形，發現波形干凈了好多，但發現那幾個電阻還是發熱，懷疑是放大倍數太大的緣故，遂把反饋電阻從22k改到然后就加上音頻信號調試，在左聲道，也就是兩個LM1875的4腳接上一個8歐的假負載，在此路放大電路的輸入端即LM1875的1腳輸入100mV電壓，頻率為1KHz,調節信號源逐步改變頻率，范圍為20Hz到20KHz,測量兩個4腳的輸出波形，測得在50Hz~20KHz之間的放大比較均勻。6.2.3前置放大模塊調試接上變壓器電源，只給前級供電，即只通12v的電源。將1KHz頻率，輸入100mV電壓輸入NE5532的3腳(也就是左聲道),用雙蹤示波器對比的接好，然后逐步改變頻率(從20Hz～20KHz)來檢驗其增益是否在接近20dB,以驗證前置放大電路在有效頻域內能否達到規定增益。調試后發現的確達到了規定的20dB的增益。6.2.4前置音調模塊調試的小信號Vi(=100mV),通過LM4610的耦合電容輸入其中一個聲道，從相應的測試低頻特性：將低頻提升到最大，高頻降低到最小(都是通過相應的變阻器來實現),測量頻率為20Hz到20KHz,電壓為100mV(峰峰值),測量6.2.5電源控制模塊調試本模塊的調試比較簡單，只要調整R32的值，是VT2基極電壓未8-10V即可。信7.2主要性能指標測試筆者依據中華人民共和國國家標準GB6800-86半導體集成音響電路音頻7.2.1額定輸出功率額定輸出功率是在放大器的諧波失真度為額定值(如0.1%)時，于規定負載上所能得到的功率有效值。測量電路如圖7.1所示，待測的是功率放大器，所以RL設定為8Q的一個假負載(應能承受規定的功率)。測量時，調整信號源(正弦波信號發生器)的頻訂訂線率和輸出幅度，給放大器輸入1000Hz的正弦波。當失真儀指示達到0.1%時，讀取音頻電壓表的電壓指示值(有效值)U。,如此便可通過下式計算該放大器的額定輸出功率PoRMs=Uo2/R裝圖7.1額定輸出功率、頻率響應及諧波失真測試電路(A為待測放大器)7.2.2總諧波失真調試電路仍同圖7.1。測量時，在放大器輸入端輸入20Hz—20KHz正弦波信號，使輸出電壓達到額定輸出電壓值U。。用失真儀測出20Hz—20kHz頻率范圍內輸出波形的最大失真度γ?(通常