用LM1876制作小巧且性能不俗的Hi-Fi功放

佳元 · 发表于 2006-8-26 02:30:00

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用LM1876制作小巧且性能不俗的Hi-Fi功放

笔者是个业余音响发烧友，有时间就喜欢自己动手DIY音响器材，如解码器、前级、功放、音箱等，乐此不疲。对于音响发烧友来讲，基本上都经历了从DIY集成元件功放到DIY分立元件功放的过程。现在多数多媒体音箱生产商采用集成功放来作为多媒体音箱制作的首选，因为它所需的外围元件少、调试简单、价格便宜，因此，集成功放芯片也是在发烧友手中最常见的元器件。

目前市面上常见的集成功放芯片有美国国家半导体公司的LM系列、意法半导体公司的TDA系列等。笔者尤其喜欢LM系列，因其功率较大、指标优良，还有完善的保护电路。从实际听感来讲，也是十分讨好耳朵。目前在发烧友中比较流行的LM系列芯片有较早的LM1875、LM1876、LM4766以及较新的 LM3886、LM4780，这几款芯片的技术指标请参看附表。

一、设计思路

由附表可见，较新的IC功率大，指标也好。笔者前后试用过上述几款芯片，尤其钟爱LM1876，虽然其功率是上述几款芯片中较小的，但作为家庭音响使用也已足够。因为普通家庭房间也就20m2左右，而且多数时间是在中等音量下听音。因此需要制作一款体积小（例如小型功放，多媒体音箱打磨升级，驳接书架音箱的功放等），发热量小，音色出众的功放，非LM1876莫属了。

笔者打算DIY一个驳接6.5英寸书架音箱的小型功放，选择LM1876芯片，打算采用"前级+后级"的主体构架。前级负责小信号电压放大和音量控制，考虑到制作的方便，决定用曾经称之为运放之皇的NE5532运放做一个简单的正相放大电路（图1），而功放电路决定就采用官方的标准电路结构（图2）。电源变压器采用100W环形变压器，双24V交流输出。为了给电路提供一个稳定、高质量的电源，电源电路采用LM317和LM337构成的有源伺服稳压电路，并且用A1943/C5200大功率对管进行扩流，以供功放使用（图3）。因为电源是功放系统的心脏，是提供动力的源泉，所以电源上的设计绝不能马虎。因此笔者抛弃了常用的简单整流滤波电路，而不惜下重本在电源电路（在整套系统中，电源是笔者投入最多的部分）。

二、电路分析

1. 前级电路：从图1可见，音源信号从输入端口进来，经过50kΩ的电位器进行音量控制。4.7kΩ和2.7kΩ电阻的比值决定了前级的放大倍数，此处增益为 4.7kΩ/2.7kΩ+1≈2.7（倍）。1μF耦合电容和47μF的电解电容应选择质量好的，耦合电容也可以用2个质量好的电解电容同极串联为无极性电解电容，这样的效果也很好。运放的4、8脚需要分别接100μF的电解电容并联0.1μF的CBB电容到地线退耦，以提高电源质量，减小干扰。电阻均选用高精度0.25W金属膜电阻。运放可以选用运放插座，那样还可以更换不同的运放，以得到不同的音色和更好的音质。

2.功放部分：图2所示功放电路是官方的标准电路（只给出一个声道电路），集成功放的电路形形色色，无论简单还是复杂，但为何笔者就选择了官方标准电路？因为笔者认为，官方标准电路是能够稳定与高性能兼并的一个理想电路。常见的简单的电路有可能精简了官方电路的部分元件，笔者认为这样并不妥当，这样可能会使电路工作状态不稳定；而一些复杂的电路，又有画蛇添足之嫌，处理不当，反而会使声音不好甚至无法正常工作。这就是为何许多朋友虽然做过了各种集成功放电路，总觉得不耐听的缘故所在吧。
简析图2所示的功放电路。前级输出信号经LM1876的输入端口输入，这里采用了直接耦合，是为了得到更加纯净的音乐。增益为20kΩ/1kΩ+1=21（倍）。47μF的负反馈电容同样需要用高质量的电解电容。输出部分的4.7Ω电阻和0.1μF的CBB电容串联组成了茹贝尔网络，可防止电路自激振荡，使功放稳定工作。而10Ω电阻和0.7μH电感并联则起抑制扬声器反电动势，提高负载能力的作用（笔者认为，这部分电路和茹贝尔网络在制作中是不可省略的）。在实际制作中，10Ω电阻选择3W以上的电阻，电感可以用1mm线径的漆包线在5mm左右螺丝刀上绕15圈，然后将电阻穿过电感，一起焊接在PCB上即可。其他电阻可以用0.25W或者0.5W规格的。在LM1876的正负电源脚上需要分别接100μF的电解电容并联0.1μF的CBB电容到地线退耦。LM1876 有2种封装，T结尾的是不绝缘的，制作的时候注意在其和散热器之间加上绝缘片，并在绝缘片正反面涂上适量的散热硅酯，加强散热。

3.电源部分：电源电路如图3所示，这是松下的有源伺服电源电路。由于篇幅所限，只给出了正电源部分，负电源电路和正电源电路基本相同，不同的是需要将LM317换成LM337；2SA1943换成2SC5200。在这里2SA1943大功率管起扩流作用，需要加适当散热器并绝缘。与2SA1943相连的10Ω电阻需要用1W或1W以上规格的电阻。LF353N的第 7脚所接4kΩ电阻可以用高精度微调电阻代替，在此起到调整输出电压的作用。同样LM317也需要外加一个散热器，其他元件选择正品元件即可。

三、制作过程

电路设计完成后，就是制作PCB了。PCB布线是关键，需要考虑到很多因素，这里就不做详细探讨。笔者在设计的时候考虑到模块化结构和安装与调试的方便，就设计了4块PCB。分别是有源稳压伺服扩流电源、运放前级、LM1876(兼容LM4766)、扬声器保护板。输入的交流电压经过电源部分整流稳压后，输出双24V直流大电流供电给功放，前级（板载LM7X15系列稳压电路），扬声器保护板（板载LM7812稳压电路）。虽然LM1876有完善保护电路，但笔者还是给它加上外接扬声器保护板，这样一来可以防止芯片损坏而烧毁扬声器，二来可以利用扬声器保护板的可显示状态的LED作为整机指示灯。由于目标是小型功放，因此，选择了某款全铝小型功放机箱，铝壳还可以给LM1876和A1943/C5200当散热器，一举两得。各个PCB之间均使用接插件进行连接，十分方便。制作完成的外观如图4所示。

用LM1876制作小巧且性能不俗的Hi-Fi功放

整机安装调试完毕后，笔者特意对整机进行了方波测试，以检验设计结果。图5所示是官方公布的在20kHz，8Ω 负载、供电电源为±30V的情况下方波测试效果图。可见其上升沿和下降沿均有4μs左右的延迟。图6所示的是实做整机的方波测试结果。在上升沿和下降沿也分别有4.6μs和4.4μs的延迟。可见，此整机的整体性能还是达到了官方公布的LM1876应有的水准。

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有好的技术参数，才有好的声音效果。实际听感也验证了整机的不俗性能。高、中、低各个频率段的整体表现平衡，接电脑声卡输出（播放APE格式音乐文件），在同样条件下，听到了以前其他功放未曾听见的音乐细节，长时间的聆听也不感心烦。如果你也打算制作一款小巧且性能不俗的Hi-Fi功放系统，不妨考虑LM1876这款集成功放芯片！虽然它已走过许多年头，但至今仍在许多中档多媒体音箱上见到它，也在DIYer中流行甚广。用心去做，相信你也能发挥出它的潜能！

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