双声道功率放大器

    双声道功率放大器是家庭影院的重要组成部分，也是广大电子爱好者乐此不疲的制作项目。图一是一款适合自制的合并式双声道功率放大器，由于采用了集成运放和集成功放，因此具有电路简洁，功能完备，保护电路齐全，制作调试简单的特点。其主要技术指标是：    1）额定输出功率：每声道20W；    2）输入灵敏度：100mV；    3）输入阻抗：50KΩ；    4）电压增益：40dB；    5）音调控制范围：高音40dB，低音32dB。    电路图的总体分析    合并式功率放大器的特点是将前置放大器与功率放大器组合在一起。图一是合并式双声道功率放大器的电路图，图中只画出了电路的左声道（L声道）和公共部分，右声道（R声道）没有画出。由于双声道设备的左右两个声道的电路完全相同，因此，一般只需画出一个声道，制作时应按电路图制作出相同的两个声道。同理，我们只需分析一个声道电路和公共电路，即可掌握整个设备的电路原理。下面以图一中画出的左声道为例进行分析。    1、电路结构。我们知道，功率放大器的作用是将音源设备提供的徽弱音频信号，放大至足够的电压与电流（即功率），以驱动扬声器或音箱发声。因此可以判断出图一电路中，左边IN-1～IN-4为信号输入端，右边BL1是终端负载，信号流程为从左到右。    图一上部，从左到右依次包括以下单元电路：波段开关S构成输入选择电路；电位器RP1构成平衡调节电路；电位器RP2构成音量调节电路；集成动放IC1构成前置电压放大器；电位器RP3，RP4等构成音调调节电路；集成功放IC2等构成功率放大器。图一下部是晶体管VT1～VT3等组成的扬声器保护电路。图二为电路结构方框图。其中，从平衡调节到功率放大为主电路，输入选择与扬声器保护为附加电路。    2、电路的基本工作原理。音频信号经耦合电容C1、隔离电阻R1、音量电位器RP2进入集成运放IC1的第三脚，由IC1电压放大后，通过音调控制网络，再经C9耦合至集成功放IC2进行功率放大，放大后的功率信号由IC2的第四脚输出，驱动扬声器或音箱。调节RP2即可调节音量。    波段开关S的作用是输入信号的选择，从4个输入端中选择一个。这样就可以将卡座、收音头、录像机、VCD机等音源设备同时接入功率放大器，通过S开关来选择音源，使用方便。    扬声器电路的保护作用有两个：一个是开机延时静噪，避开开机时浪涌电流对扬声器的冲击；二是功放输出中点电位偏移保护，防止损坏扬声器。    主电路分析    1、平衡调节电路。在双声道功率放大器中，为了使左右声道的音量保持平衡，必须设置平衡调节电路，它由电位器RP1与隔离电阻R1、R21组成。其调节原理可用图三来说明。在两个声道信号电平一致的情况下 ，RP1动臂（接地点）指向中点时，两声道输出相等。当RP1动臂向上移时，L声道衰减增加，输出电平减小；当RP1的动臂指向A点时，L声道输出为0。同理，当RP1动臂向下移时，R声道衰减增加，输出电平减小；当RP1动臂指向B点时，R声道输出为0。因此，在两声道信号电平不一致的情况下，可通过调节RP1使其达到一致。    2、集成动放电压放大器。前置电压放大器采用了集成动放，电路简单、可靠、无须调试。如图一所示，IC等构成同相电压放大器，信号由同相输入端3脚输入，放大后由输出端1脚输出，输出信号与输入信号同相。在IC输出端1脚与反相输入端2脚之间，接有R2、R3、C2组成的交流负反馈网络，由于集成动放的开环增益极高，因此闭环增益联决于负反馈网络，放大倍数为R3/R2=10倍（20DB），改变R3与R2的比值即可改变电路的增益。深度负反馈有利于电路稳定和减小失真。    3、音调调节电路。电阻R4～R9、电容C5～C8、电位器RP3～RP4等组成衰减式音调调节电路，平均插入损耗约10DB。左边是低音调节网络，当RP3动臂位于最上端时，低音信号最强；当RP3动臂位于最下端时，低音信号最弱。右边是高音调节网络，当RP4动臂位于最上端时，高音信号最强；当RP4动臂位于最下端时，高音信号最弱。音调调节曲线见图4。    4、集成功率放大器。采用了高保真音频功率功放集成电路TDA2040，具有输出功率大，失真小，内部设有完善的保护电路，外围电路简单的特点。图1中采用了典型的应用形式，闭环放大倍数为R12/R11=32倍（30DB），在±16V电源电压下，可向4Ω负载提供20W不失真功率，可满足一般家庭的需要。R13与C11组成消振网络，保证电路工作稳定。    扬声器保护电路分析    图1下部为扬声器保护电路，包括电阻R14和R24组成的信号混合电路；二极管VD1～VD4和晶体管VT1组成的直流检测电路；R32、R33、C33和VT2组成延时电路；VT3和继电器K等组成的控制电路，其方框图见图5。    1、开机延时静噪。R32、R33、C33组成延时回路。刚开机（刚接通电源）时，由于电容两端的电压不能突变，C33上电压为0，使VT2、VT3载止，继电器K不吸合，其接点K-L、K-R断开，分别切断了左右声道的输出端与扬声器的连接，防止开机瞬间浪涌电流对扬声器的冲击。随着+12V电源经R32、R33对C33的充电，C33两端上的电压不断上升。经过一段时间延时后，C33上的电压达到VT2导通阀值，VT2导通并使VT3导通，继电器K吸合，其接点K-L、K-R分别接通左右扬声器而进入正常工作状态。开机延时时间与R32、R33、C33的取值有关，本机为1～2秒。    2、功放输出中点电位偏移保护。功放级为OCL电路，如果功放输出端出现较大正或负的直流电压，有烧毁扬声器的可能，因此功放输出中点电位偏移保护是必要的。二极管VD1～VD4构成桥式直流偏移检测电路。左右声道功放的输出端分别通过R14、R24混合后加入桥式检测器，R14、R24同时与C31、C32（两只电解电容反向串联构成无极性电容器）组成低通滤波器，滤除交流成分。在功率放大器工作正常时，其输出只有交流成分而无明显的直流分量，保护电路不启动。    当某种原因某个声道输出端出现直流电压时，如果该直流电压为正，则经R14（或R24）VD1、VT1的B-E结VD4、R31到地，使VT1导通；如果该直流电压为负，则地电平经R31、VD2、VT1的B-E结VD3、R14（或R24）到功放输出端，同样也使VT1导通。VT1导通后，使因VT2基极失去偏置电压而截止，并使VT3截止，继电器K释放，接点K-L、K-R断开，使扬声器与功放输出端脱离，从而保护了扬声器。VD5是保护二极管，防止VT3截止瞬间，继电器线圈产生反向电动势击穿VT3。    制作    1、双声道的特殊要求。输入选择开关S应选用双刀4掷波段开关，其双刀分别用于左右声道。平衡调节电位器RP1应选用线性的。音量和音调电位器RP2、RP3、RP4均选用双联同轴电位器。继电器K选用工作电压12V、具有一对常开接点的即可。    2、配套的电源电路。整机需要±16V、±12V电源，其中±12V为稳压电源。图7为配套电源的电路图，其分析方法可参考本刊2001年第五期《直流稳压电源》一文。     ——————来源《无线电》