四通道功率放大器

1．高音功放
高音功放主要由推動級、推動變壓器和電流輸出級三部分構成。推動級UT1由我們熟知的優秀集成功率放大器LM1875T構成。由於LM1875T的在電源電壓為±15V時的靜態電流高達50－60mA，而推動變壓器的初級阻貳是約40Ω，所以當驅動推動變壓器時，最大輸出電流不會超過100mA，因此在絕大部分情況下，LM1875T都工作在甲類狀態下，使其發揮出了最佳的性能優勢，讓這名老兵煥發出了第二青春……最後的試聽效果也充分證明了這點，算是本人的一個創造吧！

圖八
推動變壓器T01事實上是一個升壓比為1:12的寬頻帶升壓變壓器。這裡使用變壓器的根本原因，在於MOSFET功率管是電壓驅動元件，即使在頻率較高時，也只需要很小的驅動電流。這種方式的一個突出優點是省略了推動級的輔助電源，用±15V的電壓就可以產生幾十甚至上百伏的驅動電壓。推動變壓器使用0.35mm的高矽硅鋼片優質鐵心分層繞制，由於體積小，所以簡單的繞制方法就能得到很高的性能，實測頻響不劣於20Hz(0dB)－50kHz(-3dB),完全能滿足全頻帶HI-FI放音的要求。
電流輸出級QT1、QT2由一對Hi－Fi名管2SK1058／J162構成互補推挽電路。RT17、RT18、RT7、RT 8、RT9、RT10和RVT1、RVT2構成了MOSFET的偏置電路，VT1、VT2用於QT1、QT2的限流保護，約4A時開始動作。T01的次級通過耦合電容CT5、CT6直接驅動QT1、QT2兩隻功率管。其他部分均屬常用的成熟電路。
值得一提的是本電路採用了交直流雙環負反饋的電路模式。由RT3、RT2構成了LM1875T的直流負反饋迴路，而RT4和RT2又構成了交流負反饋迴路。由自動控制理論可知，雙環負反饋系統的瞬態響應要好於單環系統，因此這種電路模式對抑制瞬態失真有更好的效果。同時，推動變壓器的感性輸出與MOSFET的容性輸入結合使用，幾乎可以從根本上消除瞬態尖峰的出現。因此儘管電路的轉換速率不是很高，而且頻響也沒有一般放大器常見的幾百kHz的帶寬，但聽感卻非常優秀。
另外UT1的±15V電源的兩隻繼電器K1、K2，通過介面JP1或者JP2(二者等效)控制其通斷，用於控制高音功率放大器是否工作。JP1或JP2的連接方式見後面介紹。當K1、K2釋放時，功率管QT1、QT2失去偏置，容易出現輸出中點電位偏移的現象導致揚聲器保護電路誤動作，因此增加了電阻RT17、RT18用於穩定中點電位。
2．低音功放
低音功放的原理圖見圖9，與圖8基本相同，只是電流輸出級使用了3對MOSFET功率管互補輸出。由於高音和低音功放安裝在一塊PCB上，所以要求電源供應充足，因此無論是±15V還是±37V的電源連接器，都採用了多引腳並聯的連接方式，如圖9中的Jv1A、Jv1B、Jv1C等。由於電流級並聯的管子增加，所以MOSFET的輸入電容也隨之增加了幾倍，所以對頻響的影響就不容忽視。實測推動變壓器的直流電阻約950Ω，每隻K1058的輸入電容是600p，J162的輸入電容是900p，經計算得到 -3dB開環帶寬約為38kHz。因為推動變壓器包含在負反饋迴路之內，所儘管沒有仔細計算，但總體的帶寬肯定足足夠用。限流保護部分的動作電流在12A左右。

圖九
整個功率放大板的PCB見圖10，左右聲道各一塊。

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整機效果：

3．單片機控制電路

控制電路的核心是單片機AT90S1200。當初選擇單片機也是費了不少周折。由於PCB面積的限制，所以單片機的面積不能太大，而且外圍電路越簡單越好；斷電后調整好的分頻點不能丟失，所以內部要有E2PROM；I/O口要夠用不能太少以免使用擴展電路；還要能使用現有的開發系統以免成本過高……最後經朋友推薦才選定了這款AVR單片機。U6的I/O口PB0－PB7用於控制繼電器的8條控制線，PD2－PD3通過2個按鍵DWT、UPT接地，用於上行和下行調整PB4－PB7上的輸出，控制高音的分頻點；PD4、PD5通過2個按鍵DWF、UPF接地，用於上行和下行控制PB0－PB3上的輸出，控制低音的分頻點。PB0－PB7的輸出分為兩路：第一路通過開關管Tr1－Tr8驅動上述16隻繼電器；另外一路通過4隻3－8線解碼器74LS138驅動2*16隻發光管，分別顯示高低音的分頻點。連接在PD1埠的按鍵LCK是一個鍵盤鎖，只有當LCK按下並持續一定時間后，指示燈LOCK LED熄滅后，上述分頻點調整的按鍵才能調整分頻點，用於防止他人因誤調分頻點而燒毀高音揚聲器。由於這部分只是一個控制電路，與音頻信號基本上無關，因此詳細原理請參考有關書籍。
4．電源供應


5．安裝調試

圖六

圖七 本機的電路板共2塊，如圖6、圖7所示。圖1、圖2和圖5的三部分安裝在一塊電路板上，運放用鍍金插座安裝，以方便發燒友更換更好的運放。圖4的控制電路安裝在前面板背面的電路板上，以方便調節使用。兩塊PCB之間經介面Jcn和Jcd，通過一個12線的扁平電纜連接。
如果電路連接正確、元器件良好，整個電路幾乎不需要調試就能正常工作。唯獨可能需要調整的是±17.5V電源，通過微調R26、R27的大小，使正負電源的輸出絕對值相等，誤差最好不要超過0.1V。