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》