120W_AB类奇葩音响火热出炉

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• 放大器DIY
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• 06-20
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本人正在读研中，一路电子工程系走来，高中的时候第一次买了哈曼卡顿的水晶音响，大二的时候有一天突发奇想，想把音响拆开看看，自己做一套，现在终于有了机会制作自己的音响!希望大家多多提供意见。

　　这是我的第一款设计，希望大家多多提供意见。

 

 

　　1、2.1声道功放
　　2、莲花插头，3.5mm插头连接
　　3、最大功率120W
　　4、共有2个旋钮 （音量调节，重低音调节） 4个按键（电源开关一个、重低音开关一个、前置放大器增益调节开关两个）
　　5、高音质，前级总谐波失真典型值0.00003% ，后级0.009%，高品质阻容元件，表面沉金，4%银WBT焊锡焊接
　　6、全套南鲸定制扬声器。电路方面、外形、结构全部设计完成，弄专利中。
　　本人还是在校学生，一路电子工程系走来，正在读研中（我自己很喜欢自己的学校），高中的时候第一次买了哈曼卡顿的水晶音响，一直用到大学毕业，大二的时候有一天突发奇想，想把音响拆开看看，自己做一套，可那时候连电路分析都还没学完.现在终于有了机会制作自己的音响!
　　电路还有2大套，功能有：
　　第二套：2.1声道功放，最大功率120W，全背灯触控设计，接口丰富:SD卡，USB(支持U盘），莲花插头，3.5mm插头，蓝牙无线连接，三个音箱之间用PurePath 无线音频技术连接，电路方面正在测试中，正在设计外形以及结构。
　　第三套：第三版是全无线设计，蓝牙连接，全触控，高音质，高能锂电池供电，USB充电插口可以充电，外部借口丰富，额定功率5W，便携式啦。
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说一下我做的第一个DIY。 　　

整个机器的用料会给的很足，环形变压器、威玛电容、尼吉康、依娜搭配使用，军工千分之一电阻，所有阻容零件由台式万用表热机半小时后精确测量。电路的电源设计了三种，扬声器不同的电路不同价格搭配不同的产品，试过绅士宝，VIFA,惠威，芬泰刻，莞音，银笛，南鲸，佳讯等等。

　　音箱！在我看来是极为重要的一部分，正在设计，我一直不喜欢大部分的砖式音箱，虽然效果不错，但是实在难看，所以我们设计的箱子都会在尽量保证音质的情况下风格迥异。主功放电路后是扬声器保护电路，用UPC1237，在另外一块版子上设计了数字电路来控制所有系统，主控芯片是MSP430（偏爱TI&BB）再搭配各种模块。
　　采用分块设计的理念，电源已经妥当，之后是2.1的主功放电路，再后面是保护电路、分频电路、数字控制电路。整套系统成本真心高，做着自己玩的同时也会考虑小批量（百个而已），这个是其中的一种电源电路，用了6片LM，实际PCB如下（这只是第一版，目前已经改版3次）：
　 1N4002插针型 威马MKS2 0.1U_63V薄膜电容，尼吉康MUSE系列4700u_35V电解电容，西门子无极薄膜电容 0.15u_63V，200欧0603贴片1%精度，5K进口滑动变阻器，LM317，LM337，470U_50V飞利浦BC电解电容，7.2K插针电阻(1%)。

　　这个是2.1主放大部分。

　　这也只是第一版，目前包括调音在内已经改版9次，下面以电源设计开始~描述制作之路，洼田稳压这种电路，电路结构如下所示 。

本来这个版子是准备自己画的，但是后来看到有成品版，看着布线很棒，所以就拿来主义了一下，先测测指标。

版子的主要原件清单如下：IRF610，IRF9610，5600U/63V全新美国化工思碧电容，全新菲利谱BC电容，西门子104 0.1U/63V电容，ON快速整流管MUR460，MOTO 6V2金封稳压管，A970BL(B>500)，C2240BL(B>500)，E152恒流管(H1,H11)，E452恒流管(H2,H12)，910R DALE电阻，4K-20K DALE电阻，2K15 DALE电阻，5K精密微调，成品版电路如下：

实验仪器：安捷伦InfiniiVision MSO7104B。

　　Agilent 34410A万用表。

　　环形变压器。

　　实验原理：
　　电路已经被很多地方很多人分析过了，这个电路根据我的理解：
　　1，采用对称结构，使得温漂、纹波大为减少。洼田的Q17,18对管是接为差分电路，这样的电路用双管就是为了稳定性，所以我说可以使得温漂减少，我理解是在此作为误差放大器，放大倍数越大，纹波应该越小。
　　2，采用温流管确保电路的工作电流
　　3，电路中使用的大的电容，进一步降低纹波
　　以正半部分分析为例：
　　1)、二极管做稳压用，所以Q17的基极到地的电压是恒定的，二极管旁边的电容是为了减少二极管的噪声
　　2)、电压恒定，而Q17的基极-射极电压恒定，所以在2.2K上的电流是恒定的。
　　3)、从而Q18基极到地的电压也是恒定的，所以通过调节滑动变阻器，可以控制输出的电压值。
　　4)、再小分析一下输出电压的情况。假设输出电压忽然增大，那么通过13K和5K的电流会增大，假设系统没有经过其他调节，Q18的集电极电流、电压会增大，于是2SK213的源级-栅极电压会增大，而后输出电流减少，电压又下降，于是稳定。
　　参数大致介绍一下，后面想到了再说.
　　1、输出电压，输出电流特性
　　测试不同负载条件下的输出电压，从而测试稳压能力以及等效输出阻抗
　　2、测试电压的纹波
　　（1）最大纹波电压。在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。
　　（2）纹波系数Y（%）。在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，既y=Umrs/Uo x100%
　　（3）纹波电压抑制比。在规定的纹波频率（例如50HZ）下，输入电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比，即：纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 。
　　（4）电流响应速度：测试单位时间内电流在额定范围内变化所需要的时间。
　　（5）利用频谱分析仪对输出频谱进行分析。
　　电路连接如下所示：

　　先测试输出15V时的输出电压、电流特性，调节电位器，使得正负电压均输出15V,示波器输出正负电压如下：

调节完毕后，直接将输出接到滑动变阻器上，调节滑动变阻器的阻值，测试在不同的阻值下的输出电压,对于电源瞬态的输出电流能力，由于我没有电子负载，所以想了想，决定用信号发生器（或者单片机）控制一个MOS管，通过MOS管控制输出电流，从而测量瞬间输出大电流的能力，另外还将测量电源调整率。

下面测试输出电压，输出电流特性。测试电路在不同负载条件下的输出电压，从而测试稳压能力以及等效输出阻抗。由于没有电子负载，所以在此用很多不同阻值的电阻来进行测量，将电阻焊接在电路板上，调整洼田电源至正负15V,如下所示：

　　先精确测量每个电阻的阻值，然后给电源通电，测量数据如下所示：

　　电压单位是V,电流是A。 于是得到输出阻抗约为0.105/0.6731=0.155欧姆，得到负载调整率为0.7%，勉强合格吧~这是正电压端的数据。
　　下面该测量的数据是，负载电流瞬间变化时的瞬态响应.纹波失真等数据的测量，我参考了凌特里尔公司的技术文献。由于没有电子负载，所以自己弄了个小电路出来，如下所示：

　　VIN连接到一个信号发生器中，产生一个VPP为10V的方波，输入到高速NMOS管中，测量R2两端的电压值。当管子处于导通状态时，R2两端的电压为零，当闭合时，可认为场效应管处于断路，R2与R1分压。这样，将电源接至V+处后，随着管子不断的切换状态，输出电流就会不断变化，通过测量R2上的电压值变化，就可以测得电流的变化速率。测试用的信号发生器Agilent 81160A。

　　为了有对比性，我同时也测量了自制的电压源。调整信号发生器，使之输出1kHZ方波信号，如图所示：

　　用示波器测试R2两端的电压值，得到如下波形:

　　低电平几乎是0V,可见场效应管效果很好，电源的效果也很好，输出的方波看起来很漂亮。调整示波器，可测得上升沿的平均时间：

　　为60.936ns.
　　测试方法如上所示，继续测量2K,5K,10K,20K,50K时的输出方波波形与时间，得到如下数据：2K 57.136ns,5K 57.206ns,10K 60.678ns,20K 60.476ns,50K 56.743ns.平均值为58.8625ns.
再测我自己做的电源，同样条件下测试数据如下：1K 58.736ns,2K 58.309ns,5K 58.190ns,10K 58.208ns,20K 58.209ns,50K 58.927ns,平均值为58.42983ns.
　　测试信号发生器方波上升所用时间为2.5244ns,场效应管开关时间最慢为20ns,两个电源几乎是实力想当，所消耗的时间大约为37.5ns.
　　接下来用万用表测量两个电阻的阻值，再用测得的两组电压平均值（想了想，还是不用理论上的欧姆定律分压委托，应该以实际测得的电压为准。）除以电阻阻值，就得到了电流值。一部分数据忘在本子上了，明天补上。大体说来，两个电源的表现都很棒，我觉得已经很够用了，观察看来，自制的电源偏差更小，在快速变化的频率下一直保持非常好的响应速度。两个电源在输入信号频率增加时所输出的方波都有一点点走形，但是在20K赫兹范围内表现都很好，在50KHZ时才能观察到走形，如下所示：

　　测得两个电阻，R1为31.597欧姆，R2为90.085欧姆。由于提前预调输出电压为15V那么按照15V来计算（后悔了，还是拿15V算吧...），电源的电流变化为从123.2721mA~474.729mA：洼田稳压为：5.97A/us，自制电源为：6.015A/us，场效应管用的是IRF740.
　　为了减小电阻的影响，我用了多个大功率电阻并联的方式。前面有个地方打错了，场效应管典型开启时间是10ns,10VPP时为17ns，最慢时间应该设为10ns,所以可能实际的数值没有这么快，不过应该不会有太多偏差。
　　下面将整个系统啦~目前在申请专利中，仅仅有几套产品的专利，呵呵。功放一共做了7个版本，不断测试、调音、改动.扬声器最大功率为60W,是为了保证音质，其实这个系统可以推120W。
　　继续传图，我做了三套电路，两套给父母一套给导师，自己都没有...因为成本实在有点高...尝试多种电源设计后，这是最终使用的电源设计。

　　这是测试时定格的扬声器，芬泰刻FE85，小，价格良心，功率合适，音质还行.

　　这是一款重低音，惠威。

　　测试中的第二版，音质觉得还是不满意。

　　测试中的第三版，运用各种扬声器，各种分频，各种搭配，头大.

　　测试中的第四版，音质不断精进。

　　第五版.

　　各种扬声器都尝试，目前功能模块都已经跑通，最近正在进行箱体设计，精测扬声器参数，由于直接的测试牵扯的部分很多，如果用电脑测，还和声卡、麦克风参数等有很大关系，所以也只能做参考用。目前我已经比较精确的测得了各个厂子的扬声器的阻抗曲线，频响曲线（用的坛子里出的套件），我会尽量补充进度.5.30号，箱体设计完成，测试箱制作中~明天准备搞个盲听测试.6.8号测试箱盲听测试完成，效果不错~测试用箱体完成~箱体调节完成~等厂家邮寄来更好的扬声器再重新细调之。

 

　　测试用重低音~主功放再次改版，面积缩小至原本的四分之三。数字控制部再次改版，更新电路设计，面积缩小四分之一。另外，我真的有些问题想要说一说：
　　1,发现总有人说，电源抖一抖然后功放都能听得到声音，以此来炫耀自己的系统灵敏度高。可是据我所知，如果电源稍微有抖动都能听得到声音，证明系统的PSRR非常差，这是一件非常不好的事情，怎么能拿来炫耀啊？
　　2,我觉得很多事情必须要有科学依据，沉金的确可以对信号传输带来改善，但是影响微乎其微，暂时先这样.