发一个我自己DIY的LM1876功放

alphifly · 发表于 2013-10-4 12:02:12

几年前DIY的纯功放，一直在听，效果非常好，当时没有拍照，今天兴起拆开拍了几张，同时上传电路图和PCB板的源文件（protel），方便大家用热转印DIY（单面板，我自己也是热转印的，其中电源板因为很简单用洞洞板）。下面是详细的设计说明和调试过程，大家可以参考下。
功放板的设计说明：
 音调控制：无高中低音的音调调节电路，纯功放方式
 放大倍数：36倍，只有LM1876单级放大，没有加前级的放大，所以放大倍数不能太大，否则影响带宽
 电源：+-18V～+-28V，功放板上正负电源各带4400uF滤波电容，外部输入电源板也有各4400uF的电容，增加了电源瞬态负载能力
 失真度：没有频谱分析仪来测试，只是用信号发生器和示波器观察，分别用100Hz和1KHz的信号方波输入，输出在10V峰峰值(带8R的扬声器负载)，示波器观察输出，肉眼没有过冲或变缓现象。
 输入阻抗：功放板自身没有带音量电位器，最好用10K的电位器，如果电阻太大，输入信号容易受干扰。功放板本身的输入阻抗为20K，加上外接的10K电位器，那么输入阻抗为6.6K。
 该功放板没有带扬声器保护电路，有另外设计了一个专门的扬声器保护电路板。
 PCB设计为单面板，大多线宽很大，适合热转印的DIY制作。个别大电流但PCB线宽不大的，需要在PCB下镀锡，增加电流负载能力。
功放板的调试说明：
1、输入电容
输入电容C1和C4因手头没有2.2uF的电解电容，所以用了2个1uF贴片的无极电容（0805封装）并联焊接在PCB背面，这种电容的频率特性以及漏电流都要比电解电容好很多。不过这个1uF贴片电容手头上只有25V的，如果有50V的就更好了。
2、反馈电容C3和C6
这个电容目的，减小低频（甚至直流）的放大倍数，也起到间接运放的offset的影响。但这个设计同时要保证对音频的低频的响应能力，从理论计算按20Hz低频除以5倍=4Hz的频率计算，该电容取值为39uF，实际用了47uF电容。尝试去掉这个电容，在没有输入下，输出直流电压到达1V，所以见到网络上有些设计把这个电容短路的做法不是很合理的。
这个电容因为容量大，只能靠电解电容，电解电容的高频特性不好，而且我手头上只有国产的电解电容，高频特性更差，高频下的电容等效阻抗增加，导致高频的放大倍数变低。实际测试和试听都验证了，试听发现高频成分太小，所以并联上2个0.22uF的独石电容，问题解决。
3、输出LR网络
输出的L1/R19和L2/R20这里没有加上，只是直接短路。这个LR网络是用于增加输出容性负载的能力，比如说音箱线很长，可能寄生电容很大，可能引起运放输出稳定性问题。虽然增加该网络能提升容性负载能力，但也没有更多的时间去调试这个，如果调试以及取值不合适，可能效果更差，所以就不加了。
4、Zobel网络
增加的ZOBEL网络，但是在用8R扬声器，3M扬声器电缆线下，输入100Hz，1KHz方波，输出10Vp-p，加不加这个ZOBEL网络没有感觉到波形有明显变化。这里仍然保留ZOEBL网络（R10/C13，R11/C14）。注意，zobel网络一般是电容固定在0.1uF，然后对不同阻抗的扬声器调节R的值，作用增加运放在扬声器感性负载输出的稳定性。
5、放大倍数
开始设定在21倍，实际试听用MP3输入，发现MP3在音量最大输出下，功放的输出功率不足，所以加大了放大倍数到36.7倍，因为正好手头有35.7K的电阻，一般制作可按原理图标的用33K的标准电阻（对应放大倍数为34倍）。通过理论计算和实际测试，证实36.7倍下的带宽仍然足够。LM1875最小带宽为5MHz，按36.7放大倍率后的带宽136KHz，是人耳20KHz响应极限的6.5倍，满足一般好的设计要求的5倍。实际测试验证用10KHz方波输入，带8R扬声器，10Vp-p输出没有观察到过冲和变缓波形。
6、输入无输入的输出噪声
开始调试，发现如果输入端没有信号输入，悬空，输出噪声达到0.2Vp-p，而且手碰到散热器容易干扰使输出更大噪声，当把输入用1K的电阻以下短路，输出噪声很小，电阻增大噪声也增大，但这样输入阻抗太低了，所以寻找其他方法，发现是散热器没有接地问题，所以在PCB的背面把散热器与PCB的GND短接，问题解决，短接后的示波器观察输出噪声为30mVp-p。
保护板的说明：
1、开机延时：28V电源下，时间为1.8s左右。这个延时时间跟R16，R18和C17有关，同时也电源电压也有关系。
2、直流信号保护，用直流电压信号输入CN2和CN3，当输入5V时，保护时间约0.5s，如果输入更高，保护时间会更短。保护时间跟R12，R14，C10，C11有关（另一通道类似），但保护时间不能一味调小，否则正常音频信号下可能出现误保护（特别在低频信号下）。