一種帶MP3音響電路的分析與調(diào)試

謝林飛

（廣東省機械技師學院 廣東省廣州市 510450）

功放電路作為模擬電路中一個比較綜合性知識；在實際中運用很廣，常用來制作音響、低音炮等。對于功放愛好者來說，一個比較綜合性的功放電路，對于設(shè)計、調(diào)試來說具有一定的參考價值。

1 整機電路框圖

功放，即聲頻功率放大器（簡稱功放）。本次的機型分為MP3解碼、開關(guān)電源、變壓器供電電源、功率放大器等部分組成，如圖1所示。

2 MP3解碼及音源電路

MP3 播放器是利用數(shù)字信號處理器DSP 來完成處理傳輸和解碼MP3 文件的任務(wù)的。DSP 掌管隨身聽的數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)備接口控制，文件解碼回放等活動。音樂播放過程是：首先將MP3 歌曲文件從內(nèi)存中取出并讀取存儲器上的信號→到解碼芯片對信號進行解碼→通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將解出來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號→再把轉(zhuǎn)換后的模擬音頻放大→低通濾波后到耳機輸出口，輸出后就能聽到音樂了。

3 電源電路及工作原理分析

開關(guān)電源啟動/停止控制電路：由R12、R13、R18、R20、Q9、Q8 元件組成，“POWER1” 電源輸入和控制端口，2（+）和3（-）端是直流電源（接電池或電瓶），1 端是開關(guān)電源啟動/停止控制端。

當POWER1 的1 端與2 端接通時，NPN 管Q8 的發(fā)射結(jié)獲得正偏電壓飽和導通，形成集電極電流，此時PNP 管Q9 的發(fā)射結(jié)獲得正偏電壓，飽和導通，其E 和C 極相當于開關(guān)閉合，POWER1的2 腳12V 電源就可以通過Q9 的E、C 極給電源管理IC TL494CN的電源輸入端第12 腳供電，IC 開始工作，第9 和10 腳輸出脈寬調(diào)制信號PWM 脈沖，開關(guān)電源正常工作。

當1 端懸空或接地時，Q8、Q9 截止，電源管理IC TL494CN的12 腳VCC 無法獲電源輸入，而停止工作，IC 的第9、10 腳無PWM 脈沖信號輸出，開關(guān)電源不工作。

當電源管理IC TL494CN 的12 腳獲得工作電壓后，接第5、6腳外配定時振蕩電容和電阻與內(nèi)部振蕩電路起振，并產(chǎn)生鋸齒波，經(jīng)內(nèi)部死區(qū)時間控制、電壓比較器、PWM 調(diào)制、D 觸發(fā)器等電路處理后，從IC 的第9、10 腳輸出交替的PWM 開關(guān)脈沖信號，通過Q11、Q13、D5、D8 等元件構(gòu)成的激勵級，分別控制功率開關(guān)場效應(yīng)管Q10、Q12 交替導通，形成的電流經(jīng)開關(guān)變壓器的初級線圈，轉(zhuǎn)換成交變的磁通，再通過次級線圈感應(yīng)轉(zhuǎn)換成交流電壓，再經(jīng)D3、D4、D6、D7、C16、C20 進行橋式整流濾波，形成約±24V的雙電源電壓供給功放等電路工作。這樣經(jīng)過DC-AC-DC 的變換過程，就把直流單12V 電源轉(zhuǎn)換成了±22V 的雙電源了。

穩(wěn)壓過程：當±24V 的雙電源電壓降低時，會通過R33、R29，R37、R36 反饋到IC 內(nèi)部的比較器，形成誤差控制電壓，經(jīng)脈寬調(diào)制PWM 電路，使得9、10 腳輸出脈沖寬度增寬，通過開關(guān)管和開關(guān)變壓器轉(zhuǎn)換后，使得輸出電壓升高。反之，則使輸出電壓降低。

圖1：電路整體框圖

圖2：開關(guān)電源電路原理圖

圖3：功率放大電路

其它的一些控制功能的說明：3 腳反饋輸入端，4 腳是死區(qū)時間調(diào)整控制端，13 腳是輸出模式控制端，14 腳是內(nèi)部基準+5V 穩(wěn)壓輸出端，8、11 腳是內(nèi)部功率輸出管的集電極，9、10 腳是內(nèi)部功率輸出管的發(fā)射極。

FRA1 為保護二極管，C17 為電源濾波電容，R26 和C22 為軟啟動控制RC 電路（開關(guān)電源啟動的時候C22 充電，電流在R26 上形成較高壓降，即死區(qū)時間4 腳電壓較高，死區(qū)時間長，此時開關(guān)脈沖較窄，隨著充電的完成R26 上的壓降逐步降低，死區(qū)時間短，此時開關(guān)脈沖的寬度受反饋電壓的控制。

4 音頻放大電路

音量調(diào)整過程：音量電位器R42 的動觸點向上移時，則動觸點下面的電阻阻值增大，分得的音頻信號電壓增強，輸出的音量增大，反之音量減小。

音調(diào)調(diào)整過程：電位器R48 下端通過C28 接地，由于C28 的容量為0.47uF 對于低中高頻信號C28 所呈現(xiàn)的阻抗不等，低頻部分阻抗最大，中頻部分阻抗適中，高頻部分阻抗最小，所以R48 的動觸點從最上端移到最下端時中高音會逐步衰減，而低音部分影響較小，反之，中高音會得到逐步的提升，即實現(xiàn)音調(diào)的控制。

5 前置放大電路

IC(MC4558CD)的供電是第8 腳接B+12V 電源，來自于三端穩(wěn)壓78M12 的輸出端，第4 腳接B-12V，是-22V 電壓經(jīng)R30 和R16 分壓后獲得。當輸入幅度較小的信號ui時，經(jīng)C4、R5 耦合到運放的反向輸入端第6 腳，經(jīng)放大從IC 的7 腳輸出，一路經(jīng)C5 耦合輸出uo到下一級放大電路，一路經(jīng)R3、C1 反饋到反向輸入端第6 腳形成負反饋，以確保運放的穩(wěn)定性和放大倍數(shù)達到要求，C1 主要作用是高頻負反饋，防止高頻自激振蕩。

6 OCL功率放大電路

功放電路主要由Q4、Q5、Q1、Q2、Q3、Q6、Q7 及相關(guān)元件組成，采用直接耦合方式，每個管靜態(tài)工作點相互影響。其中Q4、Q5 是差動放大級，Q1 是激勵級，Q2、Q3 復(fù)合成NPN 管，Q6、Q7 復(fù)合成PNP 管，共同組功率互補輸出級。

R9 和R4、R10 組成基極偏置電路為Q4、Q5 提供適合的偏置電壓，利用Q4 的集電極電流在R1 形成的電壓降，為Q1 提供適當?shù)幕鶚O偏置，二極管D1、D2、R11、R15 串聯(lián)形成的壓降給Q2、Q3、Q6、Q7（使輸出級靜態(tài)電流工作在甲乙類狀態(tài)），以減少輸出級的交越失真，如用示波器觀察到輸出波形有明顯的交越失真，則是輸出級偏置電壓低，可適當提高輸出級的偏置電壓來改善交越失真。在裝配生產(chǎn)中，D1 或D2 可用幾十或幾百歐姆的電阻代替，阻值的確定可用電位器來調(diào)整找到適合靜態(tài)工作點，要求是不產(chǎn)生交越失真，靜態(tài)時功率管不過熱。如果輸出級靜態(tài)電流調(diào)得過大會使輸出功率管發(fā)燙。

功放電路級間的直流負反饋從輸出端經(jīng)R4 加到Q5 的基極，C12 對直流相當于開路，因此直流反饋大，C12 對交流信號相當于短路，與R7 串聯(lián)后對交流信號負反饋小，有效保障了交流信號的放大能力，使放大器獲得穩(wěn)定的增益，性能得到改善，再加上差動放大電路本身優(yōu)良的靜態(tài)工作點穩(wěn)定性，保證了功放電路的穩(wěn)定工作（輸出零電位）；調(diào)整R7 可改變交流負反饋量，從而達到調(diào)整增益的目的。

C2、C13 是相位補償電容，防止高頻自激。R14、C15 用來校正揚聲器的阻抗特性（補償揚聲器的感抗成分），使其接近純阻，同時具有防止高頻自激的作用。電解電容C7、C9 的負極接一起的串連，正極兩端分別功放輸出和高音喇叭，構(gòu)成無極性的高頻電容耦合通路。

經(jīng)C5 耦合過來的音頻信號加到Q4 的基極，經(jīng)差動放大后從Q4 的集電極輸出送到Q1 組成的激勵級放大到足夠的幅度，再經(jīng)Q2、Q3、Q6、Q7 組成的準互補輸出電路，最后送達喇叭。Q1 集電極輸出信號的正半周時，Q2、Q3 組成的復(fù)合管（NPN 管）導通，Q1 集電極輸出信號的負半周，Q6、Q7 組成的復(fù)合管（PNP 管）導通，兩個半波合成后，在輸出負載端就形成了一個完整的正弦波信號。

7 電路調(diào)試

7.1 靜態(tài)檢測、調(diào)試

本機供電方式有兩種：DC12V 直流供電：用直流穩(wěn)壓電源調(diào)為12V 從電源接線座接入，經(jīng)內(nèi)部開關(guān)電源變換整流濾波后供給各個電路。變壓器降壓供電：采用電源變壓器降壓整流（1N5401X4）后，連接到主板的整流（FR304X4）輸出端，通過C16、C20 濾波（與開關(guān)電源共用濾波電容）后供給各個電路。

以下主要講解采用變壓器供電的情況：

（1）瞬間通電檢測±22V，正常應(yīng)為±18V ～±22V 左右（空載——無信號）。若正常才可以檢查其它電路，若發(fā)現(xiàn)±22V 不正常，應(yīng)及時關(guān)機，檢查正、負電源有無與散熱器短路，功率管b、c、e 極與電路板b、c、e 極是否接正確，變壓器次級輸出與電路板有無接對，D3、D4、D6、D7 和D9、D10、D12、D13 極性有無插錯等。若通電過程中有焦味且電源變壓器發(fā)熱（保險管良好）。

（2）檢查B±12V（U1B 的8 腳、4 腳對地電壓）正常時應(yīng)為±11.5V--±12.5V。若B±12V 不正常，應(yīng)檢查781M12 穩(wěn)壓集成是否安裝正確，電壓輸出是否正常，以及R30、R16、C14 降壓濾波元件是否正常，電阻有無插錯、虛焊、斷路，電容極性有無插反，電路板覆銅走線有無斷裂、短路，IC 是否損壞等。

（3）因為采用正負雙電源供電U1B 的1、2、3 腳；5、6、7腳電壓均應(yīng)為0V。

（4）OCL 功放輸出中點電壓絕對值應(yīng)≤0.1V，若中點電壓絕對值大于0.1V 小于0.5V，可改變R10 的電阻值試之。若中點電壓接近+22V 或-22V，一般是大功率管裝配有短路或其b、c、e 與電路板的b、c、e 接錯，以及功放部分小功率三極管有擊穿或b、c、e 極插錯，電阻元件插錯或電路板因焊錫短路。本機由于電源電壓不高，大功率管b、e 極與電路板b、e 接反，短時間通電一般不易損壞大功率管。

7.2 動態(tài)檢測、調(diào)試

功放經(jīng)過靜態(tài)檢測和調(diào)試后，可進行動態(tài)檢測、調(diào)試。

功放的動態(tài)檢測可按下列測試點進行：利用低頻信號發(fā)生器、毫伏表、失真度儀和雙蹤示波器等測試儀器，能把功放的性能調(diào)得更好。調(diào)試步驟如下：

把低頻信號發(fā)生器頻率1KHz、幅度為150mv 的正弦波信號加至功放的音頻輸入端，功放輸出端接一個6Ω/10W 負載，音量音調(diào)電位器調(diào)至中間位置：

（1）把音量控制電位器調(diào)小，用示波器觀察輸出波形，如有交越失真，可適當加大Q2、Q6 的靜態(tài)偏置，將D1、D2 的其中一個改為電阻，改變阻值就可以調(diào)整靜態(tài)偏置。

（2）把音量控制電位器調(diào)至最大，信號電壓300mv 時，6Ω負載上輸出電壓應(yīng)在9 伏左右，否則可適當減小R7 的值，以增加功放增益。

（3）調(diào)節(jié)音量電位器使功放輸出電平為0db，改變輸入信號的頻率分別為100Hz、10KHz （輸入信號的幅度為150mv 不變），音量電位器保持不變，輸出電壓變化應(yīng)小于±3db。如發(fā)現(xiàn)輸入10KHz 時，輸出電壓大于+3db，可改變前置放大級的負反饋參數(shù)。