DIY一个高保真音频放大器电路

chencui 2023-06-18 3892

音频电路

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描述

您是否曾经在家中使用简单的组件构建过超酷的Hi-Fi音频放大器？如果没有在这里是你的指南，我很确定你会喜欢这个。本文讲述了如何制作带有输出晶体管保护电路和 2 分频扬声器保护电路的 DIY 高保真音频放大器。让我们讨论一些引人注目的功能，这些功能可能会说服您尝试制作这款放大器。

这款高保真音频放大器的特点：

输入灵敏度 – 0.25mVmax – 大多数手机输出这样的电平。

输入阻抗 – 470欧姆 – 仅取决于R1。您可以将 R1 增加到您想要的任何值或完全排除它，但我建议您将其保留在该值。笔记本电脑和手机的大多数声卡都可以轻松处理这种阻抗。

频率响应 – 1Hz – 45KHz 在 -3dB

输出功率 – 50Wrms 或 70W 音乐功率

功耗 – 95W

效率 – 53%

纹波抑制 – -68dB – 一个不错的值，可将电源噪声衰减到几百 mV。由于放大器属于B类，因此在空闲状态下不会有实质性的电流消耗，因此10mF电容器将提供精细的滤波。当施加信号时，嗡嗡声仍然很低，以至于听不见。

THD+N – 0.007@50W/1KHz – 这是功率放大器的值。由于需要前置放大器，该值会略高。即使是最好的A类放大器，这个值通常也不会超过，因此放大器将具有几乎完美的信号再现。此值通常是指示性的，可能会有所不同。最坏的情况是0.05%，这对于所有目的来说仍然是完美的。关键时刻是保持功率放大器的低电压增益，在本例中为4。

该音频放大器的输出晶体管受到保护，不会消耗过大的电流，如果在放大器调高到最大值时输出短路，就会发生这种情况。最大电流消耗为 6.3A。保护由Q13和Q14及其附近的所有周围组件实现。

高保真音频放大器的级数：

电源单元

前置放大器电路

功率放大器和保护电路

电源单元：

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电源由普通桥波整流器组成。电路中使用滤波电容C1和C2。这些C1和C2的值应不小于10，000uF / 35V。我总是更喜欢使用 1500uF 作为每安培电流的上限值，这是我遵循的经验法则。将散热器连接到电桥很重要，这将使电桥在 50W 耗散时保持低于 10 摄氏度。

前置放大器电路：

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前置放大器电路围绕运算放大器构建，以增强输入信号。它只不过是一个闭环增益约为20的同相放大器。可变电阻R3用于调节该前置放大器电路的增益。然后，升压信号进入下一阶段“功率放大器和保护电路”。

功放和保护电路：

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点击图片查看高分辨率电路图

功率放大器接受高阻抗输入信号，进一步放大并转换为适合扬声器的低阻抗信号。输出电压失调由R10设置，功率放大器的增益由R14设置，目前设置为4.3。4.6Vmax的输入信号足以实现全输出摆幅。

该放大器还集成了双向扬声器保护功能。其中一个保护措施会在放大器通电后延迟扬声器启用 5 秒。这是为了抵消在最初几秒钟内可能打击演讲者的任何峰值，在所有政权都安定下来之前。这可以保护扬声器，并在放大器首次通电时停止响亮的爆裂声。另一个保护包括继电器Q19和延迟RC链R35，C9。我将其设计为在8V下启用的继电器。任何人都可以，但开启时间会有所不同。

我想出的第二个保护非常有趣，我个人还没有在任何其他电路中看到它。该电路由两个最合适的运算放大器（它们采用一个封装）和Q20组成，可在任何功率晶体管发生故障时保护扬声器。通常这会将扬声器暴露在其中一个电源轨（30V）的全电压下，这对扬声器和二极管桥来说可能是灾难性的。所以底线是绝对应该避免它。

你可能会问它是如何工作的。两个运算放大器用作比较器。一端设置在接近电源轨电压的电压下。您可以选择 R22/R28 和 R38/R39 设置的 40V 和 41V 之间的任何电压。我选择了大约26V的电压。因此，由于正常工作时的输出永远不会超过最大电源轨电压（0Vmax）的707.21，因此可以安全地假设，在正常工作期间，不会发生误触发。

以防万一如果其中一个功率晶体管发生故障，它通常会短路。这使扬声器和相对比较器的其他输入暴露在高于基准电压（26V）的电压下。这导致运算放大器触发Q20晶体管，然后Q9晶体管对C50（保持继电器驱动晶体管导通的电容）完全放电，从而切断与扬声器的连接。这种保护非常快（60-1ms），优于简单的保险丝保护，后者可以使短路保持长达《》秒。

通过Q11和R22热敏电阻进行温度漂移补偿。两者都应安装在散热器附近或以某种方式粘在散热器上。温度升高将导致输出电压在0V偏移附近漂移，因此热敏电阻和Q11晶体管的温度依赖性将使电压保持在0V左右，或者将部分消除这种影响。通常使用稍微复杂的系统，但该放大器的额定功率仅为 50W，因此即使这样也可以解决问题。

提示和建议：

我必须给你的最重要的提示是永远不要排除C6。它（与C4结合使用）是确保放大器稳定性并保持其振荡趋势的两个组件。

使用电路中BCxxx中最接近匹配的晶体管，您可以获得。只需购买 40-50 个 BC550（它们非常便宜），喜欢 10-20 个 BC560 并测试它们，并且只选择具有最接近 hFe 的那些您可以获得。

也使用容差非常低的电阻器，3.3k电阻应具有1%的容差。

由于几乎不可能匹配所有组件，因此我添加了R10，用于微调输出电压偏移。使用它，设置最接近0V的偏移。为此，请勿在输出端使用电压表。它们往往有些不准确，而是使用与负载串联的mA表。一旦你达到最接近的，你可以达到0mA，这就是你的中心点。

该电路设计为只能处理50W的功率。如果你想从中获得更多，你需要将另一对输出晶体管并联，增加电源轨，并通过降低R14的值来增加功率放大器的增益。请记住，选择的晶体管适用于此电压电平，它们不会在超过 80V 的差分电压下工作。您可以获得的最大电压是 Vcc 的 0，7，因此最大功率为（0，707.Vcc）^2/Rl。

您必须提供足够的散热器以保持功率晶体管冷却。保持热敏电阻和Q11靠近甚至粘在散热器上，它们是温度漂移补偿元件。

通过R20将通过功率晶体管的电流设置为20mA

将输出电压偏移设置为最接近0V，您可以通过R10使放大器以最大输出运行20分钟左右，并在必要时重新调整。

二极管桥还必须安装在足够的散热器上，以处理大约10W-15W的功耗

使用星形地面布局拓扑，实现最低嗡嗡声

首次上电说明：

组装电路后，确保所有内容都已正确焊接并添加所有散热器。

将 R20 设置在中间位置的某个位置。

添加虚拟负载。只需使用浸没在纯水中的 1W/4 欧姆电阻即可。

通电。将电压表设置为 20mV 标度，并测量其中一个 220mOhm 电阻器的压降。调整R20，直到看到大约5mV的读数。这意味着功率晶体管的空闲电流设定在25mA左右。这会将放大器设置为B类区域。如果你想在AB类区域（我推荐）进一步推动它，只需调整R20，直到你得到25mV的读数。这意味着空闲电流设定在100mA左右。

测量输出电压。使用 R10 调整偏移，直到使其尽可能接近 0V。

从您最常使用的源注入输入信号（最好是正弦波）或东西，保持水冷负载，并在输出上使用示波器。调整前置放大器增益，直到输出端出现非削波正弦波，并保持放大器以最大功率运行一段时间（15-20分钟），然后移除输入信号。再次测量输出电压失调，并再次按R10重新调整。

再次重新启动放大器，看看一切是否正常，如果没有回溯您的步骤并再次重新调整。

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