高保真音响设计制作

王晓宇 丰霞

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。

关键词：高保真;集成芯片;BTL;音调控制

1.高保真音响系统

1.1 高保真音响系统定义

谈及高保真（High Fidelity，简称Hi—Fi）音响系统来，我想很多音乐爱好者，或者说很多一般的人，都在各种媒体中看到或者听到过这概念，不过大家不一定知道做何解释。而且大部分音乐初级爱好者一定是非常好奇“高保真”这个概念的定义。

为了给大家解惑。那么下面由专业术语来解释：美国IEEE（电子与电机工程师协会）出的《IEEE名词术语词典》一书对“Hi—Fi信号”的解释为Hi—Fi信号是指使用性能最好的先进器件，如话筒、功率放大器、音箱或耳机之类来对信号进行传送。

1.2 高保真音响系统组成

总的来说，高保真音响分为三个很基本的部分：音源、功率放大器与音箱。

2 高保真功率放大器

由于高保真音响系统范围太过广泛，为了达到论文的针对性和专业性，该论文只集中阐述高保真功率放大器。

2.1 功率放大器种类

如果按电路所用器材分类可以分为三种：电子管、晶体管和集成电路。

2.2 高保真功率放大器主要技术指标

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。

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。

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、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。

3.4 稳压电路

3.3中介绍的整流滤波电路用于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。

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。現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。

5整体调试

接上电脑音源，及标准的无源扬声器，发现噪声及其剧烈，音乐的声音完全淹没在刺耳的尖剌声音，关上电源。接到耳塞上仍然是如此，排除了音箱的问题。

所以再度仔细检查电路后，还是没有发现任何的器件极性问题，或者是短路问题，想到可能是集成芯片有，所以检测各个芯片电源端（正电源端和负电源端）、音频输入端、音频输出端及反馈端对地的电压值和电阻值。测得各引脚的数据值与正常值相差不大，集成芯片没问题。花了一下午，还是没有找到原因。于是问一些科协的同学，得知有可能是电压截止造成的。被告知看看是不是有哪块集成芯片的输入电压过大。于是查阅该芯片的pdf文档，发现LM1036只是在小电压输入0.3Vrms时，失真才是很小，但是当从NE5532放大11倍后的电压加上去以后，失真大到了无法忍受的状况.

6 总结

6.1 完成程度

这次高保真音频功率放大器的设计完成的没有很完美，虽然接上它听音乐效果不错，但是参数没有完全的符合，只是基本上满足了给定的技术指标。

6.2 技术优点

本次设计做成的高保真音频放大器采用的是集成芯片，所以技术都是相当成熟，在前置放大器电路中用到的NE5532采用了负反馈的技术，如此便可以很小的谐波失真度和宽阔平坦的频率响应，减小瞬态互调失真。

6.3 技术缺陷

·后级芯片LM1875是采用传统的电压负反馈方式来处理BTL接法，如果采用电流负反馈技术的话，能使低频重放力度增强。后级的散热片没有独立地散热，所以功放长时间工作会导致温度上升很大。

·由于布线是手动布线，自己又缺乏自动布线经验，所以板子上存在很多跨接线，需要改进。

参考文献

[1] 张维园.高保真放大器与音箱制作精选 [M]. 北京：人民邮电出版社，2001

[2] 李东生.Protel 99SE 电路设计技术入门与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2002