HI-FI高音质功率放大器的设计
摘要：高保真功率放大技术的发展，使整个音频功率放大技术领域发生了巨大的变化。现代人对听觉水平要求越来越高，所以对音响的音质真实性要求越来越多，高保真音频功率放大技术克服了这个缺点，它能够如实的反映出声音信号的音色，音高和音强等音质状况本来面貌的能力，同时对声音信号进行必要的修饰和加工，因此，我们这次的研究对象是高保真功率音质放大技术，本文主要介绍LM1875音频放大器的设计，它在音频应用场合提供非常低的失真度和高质量的音色，还具有了高增益、快速转换速率、宽功率带宽、大输出电压摆幅、大电流能力和非常宽的电源范围等特性。系统采用大回环电压负反馈控制输出，配以普通双路桥式整流滤波电路，放大器采用内部补偿，增益控制在26dB左右。它可用与高品质音频系统、立体声唱机等等[1]。 关键词：LM1875 高保真 功率放大
目 录
摘要 ............................................................................................................................. 0 第一章 绪论 ............................................................................................................. 2
1.1 音频放大电路的回顾和展望 ....................................................................... 2 1.2 音频功率放大电路的简介 ........................................................................... 2 1.3 音频放大器分类 ........................................................................................... 3 第二章 放大器常见名词 ......................................................................................... 6
2.1 输出功率 ....................................................................................................... 6 2.2 频率响应 ....................................................................................................... 6 2.3 失真 ............................................................................................................... 6 2.4 动态范围 ....................................................................................................... 7 2.5 信噪比 ........................................................................................................... 7 2.6 输出阻抗和阻尼系数 ................................................................................... 7 2.7 灵敏度 ........................................................................................................... 7 2.8 反馈 ............................................................................................................... 7 2.9 屏蔽 ............................................................................................................... 8 第三章 音频放大器的设计 ..................................................................................... 9
3.1 设计要求 ....................................................................................................... 9 3.2 设计过程 ....................................................................................................... 9 第四章 LM1875的简介 ........................................................................................ 18
4.1 LM1875中文资料(引脚图，性点,参数及应用电路) ................................ 18 4.2 LM1875的工作原理： ............................................................................... 18 4.3 LM1875的电路特点 ................................................................................... 19 第五章 电路设计 ................................................................................................... 20
5.1 典型应用电路 ............................................................................................. 20 5.2 双电源音频功率放大器原理图 ................................................................. 20 5.3 双电源音频功率放大器PCB图 ................................................................ 21 第六章 电路制作与调试 ....................................................................................... 22
6.1 利用PCB制作电路板 ................................................................................ 22 6.2 装配与调试 ................................................................................................. 22 第七章 电路图的绘制与制板中应注意的问题 ................................................... 24
7.1 Sch原理图应注意常见问题 ....................................................................... 24 7.2 PCB设计中应注意的问题 .......................................................................... 24 7.3 焊盘应注意的常见问题 ............................................................................. 25 总 结 ....................................................................................................................... 25 参考文献(References) ............................................................................................... 26 致 谢 ....................................................................................................................... 27
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第一章 绪论
1.1 音频放大电路的回顾和展望
随着晶体管制造技术的不断提高和新技术的应用，各项实用性指标和可靠性指标都有很大改善，并不断在向更大的输出功率，更小的体积，更轻的重量，更多的功能和智能化方向发展，如美国CROWN公司的MA-5000VZA功放，其最大输出功率可达4000W/8Ω（桥接，单通道）；完善的可靠性设计使它在苛刻的环境中可连续工作，使得生产者可作3年免维护的保证；插入可编程的输入处理模块USP3；可对1~2000台功放的工作状态进行程控调节和各种参数检测。各种完善的可靠性保护措施，使它的可靠性大大提高，可与电子管功放媲美。
晶体管功放具有许多宝贵优点，它的失真低于万分之一，但其音质听感总不如电子管功放那么逼真，细腻，尤其是在表现瞬态变化快而清脆的打击乐，弦乐和浑厚回荡的钢琴曲方面感觉最明显。20世纪80年代初，欧洲有些专业公司开始研究晶体管功放与电子管功放之间的性能差异及解决办法。电子管是一种电压控制器件，需要的控制功率极微，开关速率很快。晶体管是一种电流控制器件，需有较大的控制电流，转换速率较慢，这是最基本的差别。80年代中期欧洲首先推出了采用MOSFET音频场效应管功放。MOSFET场效应晶体管既具有晶体管的基本优点。但使用不久发现这种功放的可靠性不高（无法外电路保护），开关速度提高得不多和最大输出功率仅为150W/8Ω等。90年代初，MOSFET的制造技术有了很大突破，出现了一种高速MOSFET大功率开关场效应晶体管。西班牙艺格公司（ECLER）经多年研究，攻克了非破坏性保护系统的SPM专利技术，推出了集电子管功放和晶体管功放两者优点结合的第3代功放产品，在欧洲市场上获得了认可，并逐步在世界上得到了应用。第3代MOSFET功放的中频和高频音质接近电子管功放，但低频的柔和度比晶体管功放差一些，此外MOSFET开关场效应管容易被输出和输入过载损坏。
数字功放的概念早在20世纪60年代就有人提出了，由于当时技术条件的限制，进展一直较慢。1983年，M.B.Sandler等学者提出了D类放大的PCM（脉码调制）数字功放的基本结构。主要技术要点是如何把PCM信号变成PWM（脉冲调宽信号）。美国Tripass公司设计了改进的D类数字功放，取名为“T”类功1999年意大利POWERSOFT公司推出了数字功放的商业产品，从此，第4代音频功率放大器，数字功放进入了工程应用，并获得了世界同行的认可，市场日益扩大，最终将替代各类模拟功放。
1.2 音频功率放大电路的简介
音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。
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进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的，都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。
高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。
1.3 音频放大器分类
长期以来，高品质音频放大器的工作类别，只限于A类(甲类)和AB类(甲乙类)。其原因在于过去只有电子管这样的器件，B类(乙类)电子管放大器产生的失真使它们甚至在公共广播用时都难于被人们所接受。所有的自称为高保真放大器均工作于推挽式的A类(甲类)。 随着半导体器件的出现和发展，放大器的设计得到了更多的自由。就放大器的类别而言，已不限于A类(甲类)和AB类(甲乙类)。这里将各种类别的放大器简介如下。不过需要指出，就目前来说用于音频功率放大器的工作类别，A类(甲类)、AB类(甲乙类)和B类(乙类)这三类放大器仍覆盖着半导体放大器的绝大多数。
1、A类(甲类)放大器
A类(甲类)放大器，是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。这种放大器，由于避免了器件开关所产生的非线性，只要偏置和动态范围控制得当，仅从失真的角度来看，可认为它是一种良好的线性放大器。
A类放大器在结构上，还有两类不同的工作方式。其中一类是将两个射极跟随器相联工作，其偏置电流要增加到在正常负载下有足够的电流流过，而不使任一器件截止。这一措施的最大优点是它不会突然地耗尽输出电流，如果负载阻抗低于标定值，放大器会短期出现截止现象，在失真上可能略有增加，但不致出现直感上的严重缺陷。另一类可称作为控制电流源型(VCIS)，它本质上是一个单独的射极跟随器，并带有一个有源发射极负载，以达到合适的电流泄放。这一类作为输出级时，需要在开始设计之前就把所要驱动的阻抗是多低搞清楚。
2、B类(乙类)放大器
B类(乙类)放大器，是指器件导通时间为50％的一种工作类别。这类放大器可以说是最为流行的一种放大器，也许目前所生产的放大器有99％是属于这一类。
3、AB类[甲乙类)放大器
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