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发表于 2016-12-31 17:59
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本帖最后由 甘露雨 于 2016-12-31 18:19 编辑
还没搞完,就有人期待看电路图,那么我就先上电路图吧!
对于我这个功放电路图大概讲解一下吧,都是自己悟出来的,别笑话我,本人真的没有看过什么高保真功率放大器的设计,只是电路图到是看了很多,修理了很多,所以我都是些实战经验,喜欢改进电路,功放电路只是我工作其中的很小很小的一个电路。所以改进也好,设计也罢,都是我的实战经验总结而来的,说了这么多,一句话,大师们可以绕道,尔等电路也许不是你的菜。也省得喷我,让我心静静吧!我想“静静”!
言归正传,设计此电路的优点之前已经提到了,这里就不多说了,只针对这个电路的工作情况及调试参数说一下。
首先是输入音量控制电路,我采用了制作的步进电位器来控制信号的输入电平,为何用步进电位器那,一是我手里有几种音量调整电位器,不过经过测试,竟然选择不同位置,两组电位器的阻值会不同,也可以换句话说,就是旋转不同音量时,左右声道的阻值竟然不一样,所以这会影响音乐的空间定位感,其中还有什么日本进口的电位器,哎!想想还是自己做个电位器吧!第二点,我想在音量控制端加入等响度控制电路,因为平时听音声音很小,估计也就5W的功率够用了,但这样因为人耳对声音频响的范围听感不是均衡的,声音小音量时人耳对低频段和高频段听感会变轻,所以小音量需要提升一下低频和高频,那么加入简单的等响度控制电路就需要音量电位器小音量处有抽头,那么我做个步进音量电位器正好可以解决这个问题!
输入信号经过调整合适电平输入后,经过C1耦合电容,整个电路也就这一个耦合电容,所以还是买个好点的吧,不然影响音质!我也没买好的电容,只是买了WIMA4.7UF电容来做这个耦合电容,待以后有合适的换个更好的。然后经过R1和C21组成的低通滤波器来滤掉音乐信号中的音频段以上的高频干扰信号,进入运放放大。运放我选择了OPA627BP单运放,因为目前手里有一对,待以后听腻了在换更好的。
运放的增益控制在1.5倍左右,不能在大了,在大了会导致大信号输入时,输出的信号电压过高,会导致下一级共基极放大电路出现削顶失真。所以这个倍数经我调整为刚刚好,运放输入端最大可以输入2Vpp的峰值电压,在加上电路中的二级负反馈的作用,可以使运放的输入动态范围达到2.5Vpp值,所以动态范围足够了。同时这个最大动态范围正好使这台功放达到了最大不失真输出功率。动态范围在大也没有意义了,会导致功放出现削顶失真了,除非在增大功放的供电电压,本机设计为正负35V,刚刚好。所以我所设计的各项参数只适合真对我的电路的供电电压情况下,切记切记。在说我们听歌时,一般音量也就开到九点钟方向,最大到12点钟方向,一般音源的幅度在3Vpp左右,如果音量开到一半,那么输入幅度也才只有1.5Vpp左右,所以动态范围足够了。
运放放大级的供电电压我选择了正负15V,OPA627BP看资料说18V最好,但是我为了考虑将来更好其他IC方便起见,万一有的运放18V高了那就无法更换了,还得改电路。所以就先定正负15V供电吧,稳压电路我选用了TL431配合调整管作为稳压电路来供电,用TL431原因有二,一是我手里只有这个能用来调整稳压值的了,其他的没有合适的了,大家如果有制作的也可以换别的稳压电路。二是TL431稳压精度很高,10mv以下,所以对运放能稳定的工作很有帮助。
运放6脚输出后,分别接了两只耦合电阻,R7和R8,可比小巧这两只电阻,作用可是对电路影响大了,主要的作用可以理解成输出信号电压的衰减电阻,所以阻值的选择很关键,阻值大,会使运放的输入动态加大,但是同时会使运放的输入灵敏度降低,所以这个就得折中选择,还得配合运放的自身反馈电路来设计阻值大小,图中所标阻值就是对此电路最合适的,不能更改。
接下来就是与R7和R8并联的两只二极管D1和D2,其实这两只二极管是并联在Q1和Q2的两个发射结上的,用普通的二极管就可以了,作用就是为了保护共基极电路中的两只三极管Q1和Q2,原件选择为互补对管,2N5551和2N5401,当发射结出现反偏时来保护三极管发射结别被击穿。然后又并联一对电阻R10和R11,这两只电阻是电路中点电位直流反馈伺服电阻,也就是电压放大级自身的直流电压负反馈电路。
这级共基极电路的工作点很关键,还是一句话,大了不行,小了不行,经仔细调试,配合示波器,音频信号源,最终确定工作点为0.5MA,正负2%吧,电流大了,输入信号大动态时会失真,不是削顶,,而是会变形。电流小了,小信号输入时也会导致波形变形,也就是进入了曲线区域了,所以此功放电路几个元器件的关键数据必须得是图纸上的数值。图纸中C2、C3、C4、C5、C22为高频反馈电容,防止元器件本身出现高频自激的,虽然不加也没发现自激,但是为了保护你那昂贵的喇叭,还是加上吧。
Q1和Q2组成了互补推挽式共基极放大电路,这种电路其实没有电流放大作用,只有功率放大作用,用此电路目的有两个,一是可以用来做阻抗转换,毕竟运放输出阻抗低,而共基极电路性能正好相反,还有就是共基极电路频响及宽,所以不会影响音质,二就是用它来参与中点直流伺服来稳定下一级的中点电位,很管用。我设计使用别的电路都不能很好的稳定下一级的中点电位。
在下一级就是电压放大及后一级推动电路的偏置电路了,电压放大管也是选用对管做互补推挽放大,并且管子选择安森美的对管,JE340G,JE350G。此级的偏置电路也是选择了很久,想设计成动态的甲类偏置电路,本人特钟情于甲类电路,因为对喇叭阻尼控制的好,反向不会过零点,还有小音量听感好,所以重点研究甲类偏置的问题,设计了好几个电路,有在网上找的,有自己设计的,用光耦控制的,用几级三极管来切换动态偏置的,等等吧,各种搞,但最后听感上还是否定了,因为甲类功放还是用固定的工作点,当功放管热量稳定后,听感最好,而动态的话,一是反应有延迟,用双踪示波器仔细观察会发现这一点的。等你功放管电流上来了,可是瞬间的音乐大动态信号过去了,还有就是温度也上不来,那有点还是像甲乙类了,所以还是放弃了,乖乖的搞个固态偏置算了。在此偏置电路上又并联了R14和R15所组成的串联电路来取出中点电压,一路反馈到前级的共基极放大电路,一路反馈到输入运放级的同相输入端,作为直流负反馈来稳定功放中点电位的直流工作点。
偏置电压调整管就用手里的D667了,当然了,用别的也可以,这个没什么大的影响,比如D669呀,什么2N5551呀,都可以,不过也得看这级的工作电流是多少,大了的话就得在选择调整管上加大功率了,我这级设计工作电流是1.5MA,实际调试所得,所以电流很小,此对管的两个发射极直流反馈电阻的选择也很讲究,不能在小了,图中的刚刚好,他对整个电路的动态范围也很有影响的。在大或小都会影响音质。示波器观察得到的。
此电压放大级的供电想说一下,为了稳定,提高音质,最好是用单独电源供电,经验所得。而我手里没有多绕组变压器了,所以还是一起用了后级的供电电压,但是必须改进一下,不然大动态电压波动会影响这一级的信号稳定性,信号会被波动电压所调制。我改进的供电方式就是在后级的供电电压通路上加入了两个隔离二极管,D3和D4,此二极管一定要用快速恢复二极管。当功放级出现大动态爆棚时,功率放大级的供电电压会出现轻微波动,示波器可以看到瞬间的波动,这时隔离二极管反偏截止,电压放大级的供电靠自身的滤波电容提供工作电压,以减小功率放大级电压的波动造成对前级电压放大级的影响。通路中的R37和R38及几只滤波电容一起完成滤波作用。经过这样设计,电压放大级的纹波幅度由直接连接功率放大级的供电电压出现100HZ的300MV波动变为30MV以下了,如果能单独供电稳压,那么纹波幅度会更小。
因为此电路还是设计成甲类放大,所以静态电流很大,这样就会导致电源负载很重,所以电源纹波就会增大,需要大容量滤波电容和大功率变压器,可是也不能无止境的去增大呀,毕竟还有个费用的问题,这样的话,只能折中选择,那么电源滤波后都会有100HZ的纹波干扰的,只是大小的区别罢了。我这个功放级供电电压的滤波电容总容量为接近8万微法,但是我还是觉得有些小,原设计是每个声道单独供电的,各用4万微法电容来滤波,但是苦于手里只有一只变压器,并且只有一路双绕组合适,所以临时把两路整流滤波改成一路供电了,总容量就变成了8万微法,但是还是偏小。这时电源的100HZ的纹波幅度在300MV以下。
在后一级就是功率推动级和功率放大级了,推动级也是采用了一对安森美的中功率对管MJE15034G和MJE15035G作为互补推挽电流放大,功率级采用了三对安森美的大功率三极管NJW0281G和NJW0302G,并且推动管和输出管共组成了三级达林顿复合管放大电路以提高输出电流的驱动能力。
在供电电压线路上,离功率管最近的连线中,又共加入了1万三千微法的滤波电容,用来提高电源的供电能力,也就是在功放级爆棚时以尽量减小电源电压的波动。毕竟功放机设计制作时,对信号的走向,线路的连接,对电源要求等都很高,特别是强调线路连线越短越好,以减小高频趋肤效应的干扰,还有连线越短导线内阻越小,损耗也会减小。
记得国外有一款IC功放机,卖的很火,评价很高,有拆开看看内部电路,很平常,导线随意走向,不规整,这个是不是为了减小平行导线之间的耦合影响呢,还有就是最关键的里面所用的电源滤波电容很小,几千微法,但是动态力度也很好,区别就是这个IC功放滤波电容就基本直接焊在了功放片的IC供电端上,所以电容所存储的能量可以不经过任何导线直接提供给IC芯片内部的功率管,这样就会提高功放的动态效果了,受此启发,我也最后在功放管的电源线上在加入几只滤波电容。以改善动态音质。另外还有电源的滤波电容我采用了多只并联的方式,以减小电容的容抗,毕竟一个固定容量的电容,对不同频率的交流信号,呈现的容抗是不一样的,信号频率越高,容抗会越大,多只并联可以改善一下这个问题,还有就是电路中有三对电源滤波电路,所以三种滤波电路中都在大滤波电容上并联了小电容,减小高频信号的容抗,以提高高频音质,所以所并联的小电容最好选择好一些的电容,我用的是WIMA的小电容。
为了提高左右声道的分离度,我本来设计的是左右声道独立供电,用两个变压器,电路也是分体设计的,电源整流滤波都是分体设计的,每个声道功率放大级的供电整流全桥全采用的是25A金属封装的全桥,并加上了散热片,不然会很热。这台本来是想制作输出功率最小50W的甲类功放,在大有些不环保了,但是现在50W也做不到了,一是手里的变压器功率偏小,二是我买的散热片也买小了,每个声道的最大静态电流只能调到1.2A了,在大就太热了,除非在加风扇帮助散热。考虑了一下,还是等待以后要是想升级了在考虑更换大散热片和大环牛吧,我制作的这台功放好在升级特方便,电压放大板是独立的,功率推动及功率放大级也是独立的,可以单独模块化升级,运放也是可以更换的,确实挺方便的。
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自己开发的电路图,专利所有!
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