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LM675T 功放应用问答

http://www.itianer.com · 2009/05/10 · 我要评论 · 技术文章 |

Q :『前级?后级?综合扩大机?到底是什么?』

对初次接触音响或DIY的朋友而言,经常搞不清楚前级、后级与综合扩大机的关系。「前级」的主要目的在于控制讯号,包括音量的大小、讯号的选择(选择CD、LD或收音机等讯号),另外也提供一些增益(也就是放大率)与阻抗匹配、缓冲的工作。

「后级」的主要目的在于将讯号放大至足以推动喇叭的程度。

「综合扩大机」就是前级与后级的综合体。

如果只使用一个讯源,如您只听CD,CD唱盘上也有音量控制的功能,那可以考虑省略前级;如果不幸没有音量控制的功能,也可以自己用可变电阻在几分钟内接一个音量控制器来用。

照这样说来,前级岂不是可有可无?当然不是。如果喇叭效率偏低,就需要前级来提供更多的增益(更多的放大倍数);CD唱盘的输出阻抗太高,就需要前级来执行缓冲、匹配的动作。我们或许可以这样归纳:没有前级,一样可以发出美妙的乐声,但加上一部设计妥善良好的前级,却有机会让表现更上一层楼!

Q :『LM675T是用来装前级、后级,还是综合扩大机?』

LM675T是由National Semiconductor制造的小功率OP,小巧玲珑的TO-220包装(TO-220是一种半导体包装名称)下,可容许25W的输出功率,算是相当优异。LM675之所以适合初学者装机,关键在于周边电路的简洁,只要在五只脚上接上三个电阻、几个电容,上电、就顺利动起来了。

LM675T可以拿来装前级,而且还是输出阻抗极低的前级;也可以拿来装后级、推喇叭。如果打算把LM675T当成综合扩大机来用,只要在后级电路前加装音量控制可变电阻,就能达到控制音量的目的。音量控制可变电阻的接法并不困难,请参考自己装追击系列->OP前级制作->OPA134前级系统配线中的「被动前级」一节,即可明了。

LM675T扩大机

这就是我们即将制作的LM675T扩大机电路图(正确的说,是后级扩大机),虽然电路上没用几个零件,但却获得日本MJ无线与实验杂志(日本极为有名的音响DIY刊物)极高的评价。以下我们逐一解释这个电路。

Q :『这个电路会放大几倍?』

LM675T在使用上,NS原厂建议至少要有10倍以上的放大率,才能让电路工作在稳定的状态下。我们在此设定的放大倍数为21倍,这是一般后级惯用的数值。这个21倍的算法很简单,就是:

(R1+R2)/R2 => (20+1)/1=21倍

如果打算把增益提高(譬如遇到效率偏低的喇叭),可以增加R1的值,譬如将R1提升到30K时,增益为:

(30+1)/1=31倍

设定增益就是这么简单!

Q :『LM675T第一脚上的20K有何用途?』

这个电阻是用来决定输入阻抗,并提供OP输入端微量的电流通路。如果目前输入电阻为20K,代表此时的输入阻抗约为20K;如果将此电阻拉低至10K,则本后级输入阻抗即为10K。就LM675T而言,输入阻抗不宜过高,否则将会导致输出中点偏高的问题。 

Q :『什么是输出中点?』 

LM675T后级扩大机的输出是以0V为中点,上下摆动电压(请想象正负不断交换的交流电)。如果中点电压偏高(如超过0.2V),势必会将此直流电压灌入喇叭,造成喇叭的磁化现象,就像对电磁铁充磁那样。 

输出中点的量法,就是将三用表一端搭在输出端,另一端搭在接地端。量测时以数字电表为佳,因为不必担心正负电压的问题(中点电压有可能偏正或偏负),如果只有指针电表,发现指针逆打时,请将探棒交换过来即可。 

Q :『R2下方的220uF有何用途?』

这个220uF电容是用来造成百分之百的「直流回授」,就是让输出端上的直流变化全数反映到LM675T的反相输入端,进而抵销,达到动态监督输出中点的目的。加上220uF电容后,对于输出中点的抑制有正面意义。 

Q :『LM675T的第五与第三脚上各有一个0.1uF电容,用途为何?』 

这个小电容有人称为Bypass旁路电容,比较准确的讲法是Decouple反交连电容,目的是求取LM675T工作的稳定。对OP而言(运算放大器,LM675T,LM3886、LM3875或OPA134、OPA627…都是OP,只是输出功率大小不同),由于设计制作相当精巧,因此对电源的反应也较为灵敏。如果正负电源线拖得太长,会造成一定的电阻,流过电流时,便会形成压降,这个压降有可能是电路不稳定的根源。加上反交连电容可以解决这样的困扰。 

或许有些OP放大电路并不加上这两个小电容,这将使得电路稳定性大打折扣,千万不要省略这道手续! 

Q :『LM675T第四脚输出端有个10奥姆与0.1uF串连的网络,有何用途?』

这称做喇叭补偿网络,可抑制振荡,考虑电路的稳定性,非加不可。 

Q :『好像多数的零件都用来维持电路稳定的,是吧?』

没错!设计扩大机最根本的关键,就是维持电路的稳定性。难道是因为LM675T不够稳定,才需要这些零件?大错特错!省略反交连电容、喇叭补偿网络,这个小OP同样能正常工作,但这绝对不是正确的用法。 

许多人以「电容影响音色」为理由,取下这些电容,殊不知此时已将电路推往不稳定的边际,换一对喇叭、或是电源上的波动,都可能触发振荡!设计电路,我们应大幅提高稳定性,远远拉离不稳定的边际,这才是正确的电路处理技巧。 

任何设计都应力求稳定,不应有任何例外。 

Q :『谈谈零件的选择吧!』 

所有电阻,可采用1/4W以上者,输出端的10奥姆,建议采用2W。使用碳膜或金属膜电阻均可,厂牌不拘,精密度在5%以内。 

所有电容,耐压应在50V以上,装配时请注意电解电容极性。0.1uF的反交连与喇叭补偿网络电容,建议采用无极性塑料材质(金属膜电容),或Mylar麦拉电容亦可,但耐压高些较佳。 

Q :『LM675T需要散热片吗?』 

LM675T平时流过18mA的电流,会有一定的发热量,必须加上散热片。根据制作经验,可以采用大约一个手掌大的散热片来应付两声道。我们建议每个LM675T各用一个散热片,省去绝缘的问题。(LM675T背部金属与第三脚相通,因此带负电压,如果两声道共享一个电源,负电压导通则无妨。) 

如上所述,建议直接将LM675T锁在散热片上,但此时散热片带负电压,应避免与机壳接触(我们的作法是将散热片立在PCB上,与机壳自然绝缘),如果非接触不可,请以垫片做好绝缘工作。

Q :『电源供应器该如何处理?』 

电源供应器由变压器、二极管、滤波电容(采用6800uF/50V电解电容)组成,负责将110V的交流电降压(变压器的工作),转换为直流电(二极管的工作)并透过滤波电容减少电源中的交流成分(亦称为涟波)。

变压器可采用22-0-22者,建议电流在3A以上,如果找不到相似的变压器,使用输出电压略低者亦可(但会稍稍降低输出功率)。二极管建议采用3A/100以上(耐压100V;耐流3A以上的二极管,而非稳压二极管!)。滤波电容采用6800uF/50V(在耐压足够的范围内可灵活选用,但容量不应低于3300uF) 

Q :『还有其他需要注意的问题吗?』

这个LM675T后级的电路是极为简洁的,在零件准备妥当后,应该可以在很短的时间内装配完成,让入门者立刻感受到DIY的乐趣与快感!由于电路简单,因此可以考虑使用万用板拉线,但学着洗一块PCB也未尝不是件有趣的经验。

以感光电路板来制作PCB并不困难,曝光条件也有很大的宽容度。制作方式请参考自己装追击系列中其他文章(LM3886/DAC制作…等)。我们建议初学者多浏览几次站上的装机报告,建立一些「感觉」。如同打球需要「球感」一般地,装机之前也最好能培养一点「电子感」,才能更直觉地完成DIY的工作。

Q :『LM675T的25W不够看,怎样榨出多一点的功率?』 

对一般人来说,只要变压器够水平、容量充裕,25W的LM675T已有小功率战胜大功率的水平,在音质的细腻度上更非大功率后级所能比拟。 

但或许有网友需要更多的功率来伺候低效率喇叭,又想兼具LM675T的细致,那该怎样做呢?使用桥接技术!电路图如下:

LM675T桥接后级

桥接的原理,就是加上一个反相器(本电路由OPA134构成),让上下两个LM675T输出互为反相。当喇叭跨接于两个LM675T输出端时,输出电压恰好加倍(想象一下,当上方的LM675T输出+1V时,下方LM675T恰好输出振幅相同、反相的-1V,跨接其上的喇叭也就承接了+1-(-1)=2V的讯号)。输出电压加倍,则输出功率将为四倍(输出功率正比于输出电压平方)。但考虑到OP输出电流与电源供应电路上的损失(如变压器功率不足),输出功率实际增加约为三倍。 

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