基于中低端适用环境下的音频功率放大器平衡
摘要：一套音响由电源，电源滤波整流部分，前级放大器，功率放大器和箱体扬声器共同组成。由于成本限制，商品功率放大器难以发挥其中大部分优秀元器件的性能。本文对市售功率放大器芯片与成品整机概况进行分析。在设计制作中对TDA7294集成芯片进行深入研究，运用Adobe Audition等软件通过电脑声卡对较小www.LWlm.CoM输出信号作频谱分析，并运用信号发射器对频率不敏感的灵敏电压表进行频响曲线测试。本文设计的音频功率放大器致力于在保证强大功率输出的情况下，使用最少量的资金，达到最理想的信噪比与频响，良好匹配于家用中低端适用环境。在设计中探究并避免绝大多数因非资金因素导致的音质降低，达到元器件的平衡搭配，避免市购放大器因各种因素出现的不合理设计，探究并力求达到最高的性价比。
关键词：音频功率放大器，输出功率，信噪比，频响，性价比 引 言 现在大多数厂商生产的功率放大器能够同时进行音频信号与视频信号的放大，即所谓的AV功率放大器（Audio And Video),也有很多都已经兼容话筒放大。纯音频功率放大器往往已经成为追求HIFI高品质音频以及DIY爱好者的专属。当前市场音频功率放大器的前、后级以及电源、分频器的电路也比较成熟与固定，但往往由于成本与市场因素，在设计时经常存在整套系统中某个部分的档次与其他的部件严重不搭的现象，这会导致其他较好部件的性能难以正常发挥进而影响整体音效。并且市售成品音频功率放大器往往价格昂贵，许多离我们的消费水平还有相当的距离。 上表列处的还仅仅是价格较为合理的功率放大器，更有万元以上的许多型号此处不一一列举。众所周知，性价比往往是随着价格的升高而降低的。 由此我们想到设计制作一款各部件搭配平衡，性能良好的高性价比功率放大器。在保证功率输出以及高信噪比的前提下，将价格降为最低。 一．仪器结构及工作原理介绍 1.1仪器结构 1.2工作原理 由额定功率200W的环形变压器向芯片供应双20V的交流电，整流滤波之后得到纹波20mv左右的±28V直流电，供电每声道一个的TDA7294芯片，外围电路采用高通滤波电路，如图3。为了得到更好的低频延展性，我们将C1的470nf改为10uf 许多功率放大器电路在输出端都设有为平衡感性负载而设置的茹贝尔网络，并串有用以平衡容性负载的电感。这两个部分能够很好的抑制集成放大器高频振荡，并对放大器起稳定作用。我们在制作电路时并未接入上述两电路，而是直接将输出接入音响负载。可惜的是此电路的确出现了轻微的寄生振荡。振荡出现于正弦波负半刚过波谷的部分，且仅延伸不到四分之一周期。输出信号超过1V的峰峰值时振荡出现，输出信号小于1V时无振荡，无信号输入时也无振荡。振荡频率极高，示波器无法测出其频率。我们曾经尝试接入茹贝尔网络消除振荡，但是也许是因为阻、容值选取不对（1欧姆，0.1uf/1欧姆，0.01uf），接入后反而产生了更加严重的高频自激振荡，并且延伸到整个波形，且在无信号输入时也出现振荡，并且芯片急速发热。由于测试高频振荡具有一定危险性（易烧毁芯片），寄生振荡频率极高，远超出音频范围，且此处输出直接接负载长时间工作芯片并未出现过度发热，我们便未接入任何防振荡电路（一般认为任何防振荡电路对音质都是有害的，而且平衡容性负载的电感能够感应出噪声电压）。 二．同类商品现有水平及本品优势 2.1同类商品现状 现在大多数厂商生产的功率放大器都是能够兼顾音频信号与视频信号的放大，既所谓的AV功率放大器（Audio And Video),也有很多都已经兼容话筒放大。纯音频功率放大器往往已经成为追求HIFI高品质音频以及DIY爱好者的专属。当前市场音频功率放大器的前、后级以及电源、分频器的电路也比较成熟与固定，但往往因成本与市场因素，在设计时经常有整套系统中某个部分的档次与其他的部件严重不搭的现象，这会导致其他较好部件的性能难以正常发挥进而导致整体音效的下滑。目前国内漫步者音箱的集成功率放大器做工精良，布线合理，用料实在，并占据了国内不小的音响集成放大器的市场份额。轻骑兵等一些国产品牌的功率放大器也能够具有较好的性能。但是整体来说，国内品牌生产的放大器多占据低端市 场，而国外品牌如马兰士等则基本霸占高端市场。但许多高端机的价值往往更多存在于其品牌之中，虽然其内部构造以及设计不乏独特之处，但是多数是模具精细度和各种“品牌零件”的优势。故许多国产独立或集成功率放大器有极大的改进空间，国外功率放大器的性能并不是不能被抗衡甚至是超越。 2.2本品优势及创新点 2.22、放大电路采用堆锡搭棚焊接，无批量生产条件下方便个人制作，且较普通印刷电路有更低的地线电阻，且无地线环路，有效的降低噪音。 2.23、无前级设计。节省资金，使放大器结构更加简洁，且对整体效果无不良影响。 2.24、整体成本只有200元左右，具体成本见表3 三．主要技术指标及实验测试 3.1信噪比 放大器整体信噪比超过80dB（非A计权），总谐波失真≤0.1%，频响在15—100KHz（-3dB/-1dB）。 图5为频响测试。输入输出均使用对频率不敏感的灵敏电压表进行监测。R1600T08的低频衰减3分贝处只有80Hz。需要说明的是，频响测试方面86年制定的音频功率放大器测试方法的基本原理国标GB-T 6800-1986中对频响测试的要求是用“负载电阻”进行测试，但是实际的音箱负载并不是纯电阻负载，有容性负载和感性负载，亦或可以将负载等效为电阻、电容、电感的并联，我们认为用纯电阻进行测试并不能更客观地体现功率放大器的性能，于是我们适用的是漫步者R1600T08 6欧姆的副箱进行测试。（实际上用音箱负载和纯电阻负载测试几乎没有区别） 3.2整体额定工作功率 整体额定工作功率能够达到2*50W，峰值功率更高。（此处信噪比、总谐波失真、额定功率三项指标由于缺乏Audio Precision专门仪器对谐波失真的测量，非实验室实测，均有芯片出厂说明书换算得到。） 3.3主观音质评价 有关音质主观评价方面我们并不想进行过多的说明。正如英国音频功率放大器设计专家所说：“没有人去用主观感受造炮弹和火箭，这也是音频放大器领域被其他电子行业所嘲笑的原因。”主观评价会受“实验者期望效应”等太多的心理因素的影响，不如实验仪器测试具可信度。不过本品放大器实际听音效果还是很好的。 四、结 论 本品经过细心的选材、制www.LWlm.CoM作与调试，将各部分原件的性能发挥到最大。性价比极高，经进一步优化调整后很合适集成于普通多媒体音箱，或者做成家用独立功率放大器。 参考文献: [2] 陈振官,陈宏威.音响发烧友焊机与摩机.2008年1月 [3] 胡斌,蔡月红.放大器电路识图与故障分析.2003年9月 [4] 梁华.歌舞厅音像与调音调光技术.2000年1月 [5] Douglas Self.音频功率放大器设计手册.2009年10月 [6] 浦志为.浙大硕士学位论文——音频功率集成电路及功率器件研究.2006年3月