用LM1876制作小巧且性能不俗的Hi-Fi功放

本文筆者是個業(yè)余音響發(fā)燒友，有時間就喜歡自己動手DIY音響器材，如***、前級、功放、音箱等，樂此不疲。對于音響發(fā)燒友來講，基本上都經(jīng)歷了從DIY集成元件功放到DIY分立元件功放的過程?，F(xiàn)在多數(shù)多媒體音箱生產(chǎn)商采用集成功放來作為多媒體音箱制作的首選，因為它所需的外圍元件少、調(diào)試簡單、價格便宜，因此，集成功放芯片也是在發(fā)燒友手中最常見的元器件。
目前市面上常見的集成功放芯片有美國國家半導體公司的LM系列、意法半導體公司的TDA系列等。筆者尤其喜歡LM系列，因其功率較大、指標優(yōu)良，還有完善的保護電路。從實際聽感來講，也是十分討好耳朵。目前在發(fā)燒友中比較流行的LM系列芯片有較早的LM1875、LM1876、LM4766以及較新的 lm3886、LM4780，這幾款芯片的技術指標請參看附表。

一、設計思路

由附表可見，較新的IC功率大，指標也好。筆者前后試用過上述幾款芯片，尤其鐘愛LM1876，雖然其功率是上述幾款芯片中較小的，但作為家庭音響使用也已足夠。因為普通家庭房間也就20m2左右，而且多數(shù)時間是在中等音量下聽音。因此需要制作一款體積小（例如小型功放，多媒體音箱打磨升級，駁接書架音箱的功放等），發(fā)熱量小，音色出眾的功放，非LM1876莫屬了。

筆者打算DIY一個駁接6.5英寸書架音箱的小型功放，選擇LM1876芯片，打算采用"前級+后級"的主體構架。前級負責小信號電壓放大和音量控制，考慮到制作的方便，決定用曾經(jīng)稱之為運放之皇的NE5532運放做一個簡單的正相放大電路（圖1），而功放電路決定就采用官方的標準電路結構（圖2）。電源變壓器采用100W環(huán)形變壓器，雙24V交流輸出。為了給電路提供一個穩(wěn)定、高質(zhì)量的電源，電源電路采用LM317和LM337構成的有源伺服穩(wěn)壓電路，并且用A1943/C5200大功率對管進行擴流，以供功放使用（圖3）。因為電源是功放系統(tǒng)的心臟，是提供動力的源泉，所以電源上的設計絕不能馬虎。因此筆者拋棄了常用的簡單整流濾波電路，而不惜下重本在電源電路（在整套系統(tǒng)中，電源是筆者投入最多的部分）。

二、電路分析
1. 前級電路

從圖1可見，音源信號從輸入端口進來，經(jīng)過50kΩ的電位器進行音量控制。4.7kΩ和2.7kΩ電阻的比值決定了前級的放大倍數(shù)，此處增益為 4.7kΩ/2.7kΩ+1≈2.7（倍）。1μF耦合電容和47μF的電解電容應選擇質(zhì)量好的，耦合電容也可以用2個質(zhì)量好的電解電容同極串聯(lián)為無極性電解電容，這樣的效果也很好。運放的4、8腳需要分別接100μF的電解電容并聯(lián)0.1μF的CBB電容到地線退耦，以提高電源質(zhì)量，減小干擾。電阻均選用高精度0.25W金屬膜電阻。運放可以選用運放插座，那樣還可以更換不同的運放，以得到不同的音色和更好的音質(zhì)。
2.功放部分

圖2所示功放電路是官方的標準電路（只給出一個聲道電路），集成功放的電路形形***，無論簡單還是復雜，但為何筆者就選擇了官方標準電路？因為筆者認為，官方標準電路是能夠穩(wěn)定與高性能兼并的一個理想電路。常見的簡單的電路有可能精簡了官方電路的部分元件，筆者認為這樣并不妥當，這樣可能會使電路工作狀態(tài)不穩(wěn)定；而一些復雜的電路，又有畫蛇添足之嫌，處理不當，反而會使聲音不好甚至無法正常工作。這就是為何許多朋友雖然做過了各種集成功放電路，總覺得不耐聽的緣故所在吧。
簡析圖2所示的功放電路。前級輸出信號經(jīng)LM1876的輸入端口輸入，這里采用了直接耦合，是為了得到更加純凈的音樂。增益為20kΩ/1kΩ+1=21（倍）。47μF的負反饋電容同樣需要用高質(zhì)量的電解電容。輸出部分的4.7Ω電阻和0.1μF的CBB電容串聯(lián)組成了茹貝爾網(wǎng)絡，可防止電路自激振蕩，使功放穩(wěn)定工作。而10Ω電阻和0.7μH電感并聯(lián)則起抑制揚聲器反電動勢，提高負載能力的作用（筆者認為，這部分電路和茹貝爾網(wǎng)絡在制作中是不可省略的）。在實際制作中，10Ω電阻選擇3W以上的電阻，電感可以用1mm線徑的漆包線在5mm左右螺絲刀上繞15圈，然后將電阻穿過電感，一起焊接在PCB上即可。其他電阻可以用0.25W或者0.5W規(guī)格的。在LM1876的正負電源腳上需要分別接100μF的電解電容并聯(lián)0.1μF的CBB電容到地線退耦。LM1876 有2種封裝，T結尾的是不絕緣的，制作的時候注意在其和散熱器之間加上絕緣片，并在絕緣片正反面涂上適量的散熱硅酯，加強散熱。
3.電源部分

電源電路如圖3所示，這是松下的有源伺服電源電路。由于篇幅所限，只給出了正電源部分，負電源電路和正電源電路基本相同，不同的是需要將LM317換成LM337；2SA1943換成2SC5200。在這里2SA1943大功率管起擴流作用，需要加適當散熱器并絕緣。與2SA1943相連的10Ω電阻需要用1W或1W以上規(guī)格的電阻。LF353N的第 7腳所接4kΩ電阻可以用高精度微調(diào)電阻代替，在此起到調(diào)整輸出電壓的作用。同樣LM317也需要外加一個散熱器，其他元件選擇正品元件即可。

三、制作過程
電路設計完成后，就是制作PCB了。PCB布線是關鍵，需要考慮到很多因素，這里就不做詳細探討。筆者在設計的時候考慮到模塊化結構和安裝與調(diào)試的方便，就設計了4塊PCB。分別是有源穩(wěn)壓伺服擴流電源、運放前級、LM1876(兼容LM4766)、揚聲器保護板。輸入的交流電壓經(jīng)過電源部分整流穩(wěn)壓后，輸出雙24V直流大電流供電給功放，前級（板載LM7X15系列穩(wěn)壓電路），揚聲器保護板（板載LM7812穩(wěn)壓電路）。雖然LM1876有完善保護電路，但筆者還是給它加上外接揚聲器保護板，這樣一來可以防止芯片損壞而燒毀揚聲器，二來可以利用揚聲器保護板的可顯示狀態(tài)的LED作為整機指示燈。由于目標是小型功放，因此，選擇了某款全鋁小型功放機箱，鋁殼還可以給LM1876和A1943/C5200當散熱器，一舉兩得。各個PCB之間均使用接插件進行連接，十分方便。制作完成的外觀如圖4所示。

整機安裝調(diào)試完畢后，筆者特意對整機進行了方波測試，以檢驗設計結果。圖5所示是官方公布的在20kHz，8Ω 負載、供電電源為±30V的情況下方波測試效果圖?？梢娖渖仙睾拖陆笛鼐?μs左右的延遲。圖6所示的是實做整機的方波測試結果。在上升沿和下降沿也分別有4.6μs和4.4μs的延遲?？梢?，此整機的整體性能還是達到了官方公布的LM1876應有的水準。

有好的技術參數(shù)，才有好的聲音效果。實際聽感也驗證了整機的不俗性能。高、中、低各個頻率段的整體表現(xiàn)平衡，接電腦聲卡輸出（播放APE格式音樂文件），在同樣條件下，聽到了以前其他功放未曾聽見的音樂細節(jié)，長時間的聆聽也不感心煩。如果你也打算制作一款小巧且性能不俗的Hi-Fi功放系統(tǒng)，不妨考慮LM1876這款集成功放芯片！雖然它已走過許多年頭，但至今仍在許多中檔多媒體音箱上見到它，也在DIYer中流行甚廣。用心去做，相信你也能發(fā)揮出它的潛能。