用TDA2822M製作MP3有源音箱

    隨著MP3的普及，市場上出現了一種專門配合MP3的微型有源音箱，多採用乾電池供電，配置1英寸～2英寸的小音箱，可以讓MP3脫離耳機使用，增加人們的使用舒適度。更有一種無源的小音箱，利用諧振擴聲原理，把小音箱的一面緊扣在耳機上，不用電池不用電，更加節能小巧，不過大概是因為目前MP3的輸出功率只有每聲道32mW左右的緣故吧，筆者試聽時感覺聲音雖然有所增大可還是太小，所以還是採用有源的比較好。
    筆者覺得這種微型有源音箱採用普通乾電池還是比較費電，採用可充電池，又需要專門配備充電器，而且可充電池的壽命也是個問題。思量再三，筆者決定自己打造一套MP3有源音箱。
    這套音箱稱為有源音箱其實有些勉強，業餘條件下為了製作方便，做成了功放和音箱分離式的：功放採用手機座充，這樣就可以採用手機電池，把座充里的充電電路取出，把自己製作的小功放電路板放進去，可以保留原充電器的指示燈做通電指示。
    小音箱優先選用汽車上用的小口徑全頻帶揚聲器，也可以採用電視機上或者平板顯示器上用的小揚聲器。最好是帶外殼的品種，那就是一個不折不扣的小音箱了。筆者採用的是某國外品牌液晶顯示器上用的小音箱，不到香煙盒大，兩個煙盒的厚度，十分耐聽。這裡著重說一說小功放。

一、TDA2822M功放電路
    TDA2822M是意法半導體(ST)早期專門為攜帶型錄放音設備開發的雙通道單片功率放大集成電路，具有低交越失真(low crossover distorsion)和低靜態電流的特點，適用於立體聲(stereo)和橋式放大(BTL)方式。TDA2822M還有一個獨特之處就是工作電壓範圍很寬，在1.8V-15V範圍內都可以正常工作，不過除非是用於耳機放大器，最好還是讓TDA2822M工作於3V以上電壓。
    TDA2822M是一片非常經典的優秀音頻功率放大集成電路，20世紀90年代初曾經被國內外家電廠商廣泛用於攜帶型收錄機中，在一些功率稍大的，尤其是帶有機身揚聲器的隨身聽中也可以經常看到TDA2822M的身影。
    TDA2822M的標稱輸出功率(1KHz,8Ω,9V,10%總失真)立體聲方式時可以達到1W，橋接方式時可以達到2W 。
    TDA2822M的其他技術指標如下：
最大峰值電流(Peak Output Current)：1A；
靜態電流(Quiescent Drain Current)：≤9mA Vcc=3V)；
總諧波失真(1kHz，8Ω～32Ω，典型值)：0.2%；
閉環增益(典型值)：39dB；
聲道不平衡度(立體聲狀態，最大值)：±1dB!
聲道分離度(1kHz，立體聲狀態，典型值)：50dB；
輸入阻抗(1kHz，最小值)：100kΩ；
負載範圍：≥4Ω 。
    TDA2822M的某些技術指標拿今天的眼光來看似乎可能是落後了些，不過MP3功放的輸出功率有限，揚聲器一般是1英寸～2英寸全頻帶紙盆的，而且TDA2822M的聽感純厚耐聽，用於MP3功放綽綽有餘。如果買拆機品，不到1元錢就可以買到，不過一定要買TDA開頭的，最好是意法半導體原裝的，不要買D開頭的，也不要買TDA2822(即結尾沒有“M”的)。前者音質不好，後者供電電壓範圍窄，有DIP16封裝的，比較少見，音質未見評論。
    實際製作中多採用橋接方式，可以省去兩個容易影響音質的輸出電容，圖1是一個聲道的電路圖，實際製作中需要兩套這樣的電路。TDA2822M可以採用直耦方式工作，前提是輸入信號不能帶直流成分。一般的前級輸出如果帶有直流成分，本身已經有了隔直輸出電容，MP3一般是浮地輸出，輸出信號中不含直流成分，所以本功放採用直耦方式，連輸入電容也棄之不用，最大限度地減少影響音質的因素。
 
     不過在第一次上電時先不要接揚聲器，用萬用表測一下輸出端(1腳與3腳之間)，如果在毫伏級別就可以放心使用了，否則最好在輸入端(7腳)接入一個1 uF的高品質電容，如CBB電容，當然，電解電容也可以。測量的時候注意萬用表的擋位應該由大向小調，不要一下子放在最低擋以免燒壞儀錶。
    圖1所示的放大器是針對MP3播放器的，所以7腳的輸入電阻選用了820Ω，而不是典型的10kΩ，因為MP3播放器的輸出負載一般是32Ω的耳機，雖然採用為32Ω的電阻可能比較好，不過這樣MP3播放器就會比較費電，而且這個功放就很難使用其他音源了。試驗中，採用820Ω的電阻，這個放大器可以很好的與筆者電腦音效卡的線路輸出配合，如果採用32Ω的電阻，聲音就會有阻塞，不過對於有耳機輸出的一些音效卡就不會有這個問題。綜合考慮，最後採用了820Ω的電阻。
    實際製作時可以直接採用實驗板，有條件的採用印製電路板更好。採用自製印製電路板時由於元器件比較少，可以不用鑽孔，將元器件直接焊接在銅箔面，即所謂的“壅根焊”。阻容元件將引腳適當剪短，TDA2822M沿下沿剪齊，平放好焊接即可。
    如果有條件，圖1中5腳的電容C2最好採用CBB電容，可以改善音質。實際試聽中可以試著把1、3腳的電阻R2、R3和電容C4、C5去掉，如果聽感沒有區別，功放也不自激，也是可以的。直觀的判斷方法是：自激時，IC溫度相比之下有很大提高。
    由於TDA2822M的供電範圍很寬，音質很好，這個放大器完全可以用於電腦多媒體功放，聽感上不亞於一兩百元的產品，這時如果覺得電池供電沒有必要，可以採用單獨的變壓器供電，6V～9V的都可以用，也可以從電腦取電。使用變壓器供電時，可以採用常見的有源濾波電路或者採用三端穩壓器，以提高信噪比，這裡推薦一種比較有特色的，如圖2所示。該電路與我們通常見到的電子濾波電路不同的地方主要是在三極體的基極加入了電感線圈，從而達到用小功率、小感量的電感來達到理想的濾波效果。該電路可以很好地濾除工頻電源中的交流聲。
 
    圖2中的VT1也可以採用2SC3074、2SD1409 2SD882等2A以上的中功率管。VT1、VT2基極的電容C2、C3採用近似容量的CBB電容，效果會更好。電感L1可以自制，用Φ0.15mm左右的漆包線在100kΩ的電阻上亂繞200匝即可，也可以用收音機上中周的一個繞組代替，也可以採用330 uH以上的色碼電感。
    如果從電腦取電，可以從USB，也町以直接從主機中引出12V，現在有些電腦電源帶有供液晶顯示器用的12V電源介面，更是方便。如果從USB取電，要注意佔用一個獨立的USB口，不要和其他USB設備共用。TDA2822M採用5V供電時的工作電流只有200mA～300mA，只要主板質量合格，不會有什麼問題。
    雖然電腦電源是開關電源，幾乎沒有100Hz的工頻干擾，但電腦中的高頻干擾雜波很多，所以無論採用12V還是USB的5V，最好加入合適的濾波電路，圖3是一個參考電路。
 
    圖3中，L1、L2在高頻磁棒上用Φ0.5mm以上的漆包線平繞10圈左右即可，L3在高頻磁環上用Φ0.5mm以上的漆包線雙線並繞15圈左右即可。

二．其他幾種集成功放
    如果你覺得TDA2822M太老了，不夠新潮，也可以採用各公司新推出的針對平板顯示設備(平板顯示器、平板電視機等)和筆記本電腦的音頻集成電路來打造MP3有源音箱。
    這些器件多採用4.5V～5.5V供電，用集成的橋接方式(BTL)向低至3Ω的負載提供1W以上的功率，有的還集成耳機放大器，針對近聲場模式，大多具有很高的電源紋波抑制能力和共模雜訊抑制能力，有的還具備比較高的射頻雜訊抑制能力，以避免聽音樂時如果有手機來電會昕到煩人的“喀嚓聲”。這裡筆者舉幾個做過簡單實驗的例子，供參考。
1、TPA6021A4
    這是TI(德州儀器)針對筆記本電腦、平板監視器推出的橋接方式的立體聲音頻放大器，集成獨立的耳機放大器和32級直流音量控制器，4.5V～5.5V的供電，可以向4Ω負載提供2W 的功率，DIP封裝適合於用實驗板安裝。TPA6021A4支持的是平衡/不平衡輸入，這裡使用的不平衡輸入方式，音量控制略去不用，固定為約10dB的增益，待機功能也關閉不用，耳機方式也去掉未用。
    TPA6021A4和TPA2008D2、TPA6011A4、TPA6030A4是同系列的產品．不過TPA6021A4是雙列直插封裝，更便於試驗條件下的安裝。圖4是典型應用圖。
 
    TPA6021A4集成了輸入電阻，同樣可以和C1(C2)組成高通濾波器，計算公式為2.2/C1，C1的單位用uF，計算出來的截止頻率的單位是Hz，圖4中，約為5Hz。
    如果在使用中TPA6021A4發燙，應考慮在其上加一個小的散熱片，如果使用印製電路板可以設計大面積的地並鍍錫來解決散熱問題。
2、LM4991
    這是國半(National Semiconductor)針對筆記本電腦、平板監視器、PDA推出的橋接方式的單通道音頻放大器，具備待機模式，只消耗0.1 uA (典型值)待機電流，2.2V～5.5V供電，可以向3Ω負載提供3W的功率，SOP(扁平)封裝，組建立體聲系統需要兩塊集成電路。圖5是其典型應用圖。
 
    圖5中，R1和R2決定了放大器的增益，一般通過調整R2來調整增益，計算公式為：2×(R2/R1)，單位是dB。C1和R1組成了一個高通濾波器，決定了放大器輸入的音頻信號的下限，計算公式為：1/(2πR1C1)，單位是Hz，注意計算的時候C1單位要用F而不是uF。按圖中數值計算，增益為10dB，信號的下限約為20Hz。
    圖5中，為了提高音質，R1、R2盡量選用低噪音高精度電阻，C1、C2選用CBB電容比較好，尤其是C1，最好用音頻專用型的。C3推薦使用鉭電容，如果沒有，可以用一個10uF的鋁電解電容和一個0.47 F的CBB電容代替。
3、MAX9710
    MAX9710是MAXIM面向筆記本電腦、平板電視機和平板顯示器推出的橋式輸出立體聲音頻功放集成電路，THD+N以1%計可向3Ω負載提供3W功率，具有低失真(典型值僅為0.01%)和高電源抑制比(PSRR，典型值為100dB)、高信噪比(SNR，典型值為95dB)的特點，帶有待機和“使能”端子，符合PC99/01規範。MAX9710還有單聲道版本MAX9711，以供設計者靈活選用。
    圖6是其應用電路圖，圖中沒有使用待機和“使能”端。