4[精品]-20毫安电流转1-5V电压转换电路 有源伺服电源

4[精品]-20毫安电流转1-5V电压转换电路 有源伺服电源 4-20毫安电流转1-5V电压转换电路 最简单的4,20mA输入/5V输出的I/V转换电路 在与电流输出的传感器接口的时候，为了把传感器(变送器)输出的1-10mA或者4-20mA电流信号转换成为电压信号，往往都会在后级电路的最前端配置一个I/V转换电路，图1就是这种电路最简单的应用示意图。 仅仅使用一只I/V转换取样电阻，就可以把输入电流转换成为信号电压，其取样电阻可以按照Vin,I=R求出，Vin是单片机需要的满度A,D信号电压，I是输入的最大信号电流。 这种电路虽然简单，但是却不实用，首先，其实际意义是零点信号的时候，会有一个零点电流流过取样电阻，如果按照4~20mA输入电流转换到最大5V电压来分析，零点的时候恰好就是1V，这个1V在单片机资源足够的时候，可以由单片机软件去减掉它。可是这样一来。其有用电压就会剩下5-1=4V而不是5V了。由于单片机的A,D最大输入电压就是单片机的供电电压，这个电压通常就是5V，因此，处理这种简单的输入转换电路时比较麻烦。为了达到A,D转换的位数，就会导致芯片成本增加。 LM324组成的4,20mA输入/5V输出的I/V转换电路 解决上面问题的简单方法是在单片机输入之前配置一个由运算放大器组成的缓冲处理电路，见图2。 增加这级运算放大器可以起到对零点的处理会变得更加方便，无需耗用单片机的内部资源，尤其单片机是采用A,D接口来接受这种零点信号不为零电压的输入时，可以保证A/D转换位数的资源能够全部应用于有用信号上。 以4,20mA 例，图B中的RA0是电流取样电阻，其值的大小主要受传感变送器供电电压的制约，当前级采用24V供电时，RA0经常会使用500Ω的阻值，对应20mA 的时候，转换电压为10V，如果仅仅需要最大转换电压为5V，可以取RA0=250Ω，这时候，传感变送器的供电只要12V就够用了。因为即使传送距离达到1000米，RA0最多也就几百Ω而已。 同时，线路输入与主电路的隔离作用，尤其是主电路为单片机系统的时候，这个隔离级还可以起到保护单片机系统的作用。 图2 采用的是廉价运放LM324，其对零点的处理是在反相输入端上加入一个调整电压，其大小恰好为输入4mA时在RAO上的压降。有了运算放大器，还使得 RAO的取值可以更加小，因为这时信号电压不够大的部分可以通过配置运放的放大倍数来补足。这样，就可以真正把4,20mA电流转换成为0,5V电压了。 使用运算放大器也会带来一些麻烦，尤其在注重低成本的时候，选择的运放往往是最最廉价的，运放的失调与漂移，以及因为运放的供电与单片机电路供电的稳定性，电源电压是否可以保证足够稳定，运放的输入阻抗是否对信号有分流影响，以及运放是否 1 在整个信号范围内放大特性平坦，如此等等，造成这种廉价电路的实际效果不如人意。 而最大的不如人意之处还是在零点抵消电路上，随着信号电流的变化，运放的反相端的电压总是会与零点调整电压发生矛盾，就是这个零点电压也在随着运放输出的变化而变化，只不过由于有了信号有用电压的存在，而在结果中不容易区分而已。这种现象最容易造成非线性加大。虽然可以在单片机里采用软件校正来纠正，但是，就具体措施而言，这样做需要增加编程人员不少的工作量，而且需要多点采集数据来应对。 OP07组成的4,20mA输入/5V输出的I/V转换电路 图3电路是一种被推荐使用的较好线路，首先，对运放的供电采用了由DIP封装的TL431组成的高精度稳压电路，这种TL431采用DIP8封装，耗散功率达到1W，更改供电电压只需更换分压电阻就可以轻易办到。其次，运算放大器选择使用的是高精度低失调的OP07，其参数指标大大优于普通廉价运放。最为关键的是在对零点信号的处理上，可以保证输入4mA的时候，运放ICC的输出电压等于零。 分析一下这部分电路的工作原理:运放ICD的同相输入端电压由经过TIA31稳压后的负电源提供，它通过R15与R14的分压，取R14上的电压与R10 上在4mA时的电压一样，然后，经过运放的缓冲，从运放输出接有一只PNP型三极管用于扩展输出能力，实际这是一个典型的运算放大器稳压电源，其输出将跟随着运放同相端的电压，可以从接近零的电压起调。 R10就是4~20mA的I/V转换电阻，按照上述道理，由于运放的作用，这个电阻的最小取值可以很小，电阻越小越能减轻前方传感变送器的供电要求。 正是考虑到传感变送器属于一种远传信号的使用环境，为了防止引入干扰信号，加有输入滤波电容器C0和两只1N4148二极管对输入信号可能出现的危险电压进行保护。 例如: 取R10=25Ω，4mA时，其压降=0.1V，把ICD的同相端输入电压配置为负的0.1V，这样，输入信号的0.1V与这个I,V配置的负0.1V恰好互相抵消，ICC输出将是零电压。随着输入电流的增大，如果输入电流是5mA，I/V转换电压将是0.125V……如果输入电流是20mA，I,V取样电压就是500mV。这样，我们可以把这个电压放大10倍得到5V满度输出，或者放大20倍得到10V满度输出。为了方便上的工作方便，减少同时手续，对R10、R15、R14、R01、R02等重要电阻，必须选择其精度0.1,的E96分度的金属膜电阻，其温度漂移参数最好能够不大于50ppm。 许多传感器变送器输入标注着4,20mA的输出指标，可是，在实际上，这些参数都是不够精确的，包括一些进口传感交送器，实际测试零点电流有误差高达18,的，即标称的4mA变成了3.3mA或4.7mA，这时候，就需要进行零点调整。在零点调整的时候， 2 需要注意，R10与R14原来是1:4的关系，是因为它们流过的电流恰好是4:l的关系。因此，如果需要调整零点电压的时候，千万不要再动R10与R14，而应该在零点调整时更改R15，在满度调整时更改 R01。 在工程上，人们往往会采取比较快捷的工程应用方法而不是理论推导来完成任务，因为在选择元器件时，就往往无法按照计算好的数值去购买，只能从标准化生产的品种里头去选择搭配，而且，在调试时，也不可能按照理论计算的数值去测量，尤其当计算结果带着超过4位小数以上时(对所使用的仪就会要求很高，成为"鸡蛋里头挑骨头了"。我们可以通过一个实际例子来说明这种电路的调试过程。 首先，必须把实际的传感交送器拿到手并且进行实际的测量，例如测量到的数据为:零点电流=4.25mA，满度电流=20.5mA。然后，根据最大输入电流的实际数值来求出最大输入电压:20.5mA时R10上的电压就是:20.5×25=512.5mV，其次求出零点电压:4.25×25=106.25mV。 完成上面的简单计算后，接着，对电路的参数进行调整，零点的时候调整R15，满度的时候调整R01。按照说明提到过得，ICD的同相输入电压等于零点时R10上的电压，可以求出:R15=(2500-106.25),(106.25,100)=2.25KΩ。R01=[5000,(512.5-106.25)-1]×1=11.3l等于(5000是满度输出电压，512.5是满度输入电压，106.25是零点输入电压，-1是因为同相放大器会自然+1，-1是因为R02=1KΩ)。 验算一下: 零点电流输入时，输入电压为:4.25×25=(2.5×100),(225+100)，结果:106.25=106.4，误差:0.0014。满度电流输入时的满度输出电压:(20.5×25-106.4)×(1 1.31,1+1)=4999.09，误差:0.00018。 上面的计算和对电阻的取值都省略了小数点后多于3位的数字，因为实用中已经不够现实了。就目前的数值而言，在实际应用中也可以满足许多较高精度测量的要求了。 提示: 1. 运算放大器OP-07本身在零电压输而输出不为零时，可以在其1PN8P上连接微调电位器进行静态零点调整，也可以在零 点电流输入时一并处理。 2. 由ICA和ICB组成的高精度稳压电源，其输出电压应该大于主电路要求的满度输入电压至少3V以上，这时候，不能使用 T902小功率封装的TL431来替换本电路DIP8封装的TL431。 3. 当需要本电路处理其他非4~20mA输入的信号时，可以去掉R10，这时候，利用OP-07的优良性能和供电电源的高精度， 作为通用放大器来使用。也是非常理想的。 3 只是不过多了一个RA5,带入公式即可 我之前有帮助其他网友做过类似的题目，很简单 推导公式可分两种步骤 1，为设计用之(未知所有参数，方便取值) 2，为计算用之(已知所有参数条件，计算输出电压) 楼上的着重介绍双运放，就是和NE5532插脚一样的运放。我可以告诉你，我也是运放爱好者，楼上提到的所有运放我都试用过了，感觉用但运放直接替换单运放，效果不怎么样，而且楼上提到的运放，在声音上可以说和NE5532在同一个层面上，换了不会有太大的提高。特别是OP275 LT1057 AD712 OPA2604这几种运放，我就觉得不好用。AD827的低音是好，不过下潜不行，高频有毛躁。我用过这么多的双运放，就只觉得金封的OPA2111KM是我听过最好的双运放了，声音很平衡，你听过OPA2111KM以后我敢说你就不会再想听其他的什么双运放了。另外，用两个单运放通过转换插座组成的“双运放”，效果比任何单个双运放都要好，声道分离度更好，声音更细致。不如说用两颗OPA627BM组成的“双运放”，就是我听过播放人声，爵士，新世纪音乐效果最好的运放组合了。OPA的金封运放效果是很不错的，现在我收藏有几对，也有正在用着的。每个都很有特色，比楼上推荐的都要好上不少。其中以OPA128SM最好，听什么都很有特色。OPA606LM性价比很高，价钱比OPA627BM低，但是声音和OPA627BM很相像。总之，OPA的金封运放系列是我听过最好的运放系列了，你不妨买一两对回来试试，不过价钱嘛，就真的够顶级了。便 4 宜的都要100多块一对，贵的要200~300块一对。OPA2111KM(双运放)要180元一个左右。另外，OPA金封系列的运放有多个产地的，只要是USA UK TAIWAN Korea的，其中以USA UK产的最好，还有就是生产的年份，年份久一点的，韵味就更好些。不过我觉得你的要求有点不正确。你说要找一款好的运放来代换NE5532而且是不把价钱作为考虑因素。这样乱的代换，不合理。虽然说能够代换NE5532的每款双运放和NE5532的插脚都一样，但是内部的芯片电路结构是不同的，不同的电路结构有不同的外环境要求。比如说有的运放低压性能好，有的运放带负载能力好，有的运放频带宽等等，但是在不适合的环境里，就算是运放大王都没有办法工作得好，就比如工作在+/-5V的供电条件下。所以说不是贵的运放就好的，要看外围电路是怎样的。总的来说，不少的运放的低压工作能力和带低负载能力都是比较差的，有的噪声也会蛮大的，比如说AD827这种我们认为是高档的运放，AD712、OP275的频宽不够宽的我们认为是监听素质运放和胆味运放。但是最主要还是要看运放的外围电路。国外几万元的顶级CD机里面还是用NE5532的居多。但是你要是换成其他运放，哪怕是很高档的，只要一换上，几万元的机器出来的声音就会从几万元一下跌倒几千元的水平。这个就是调音和调整运放外围电路的莫大功劳了。运放不是随便换的。 NE5532:确实有点胆味，解析力一般，高频比较燥，低频比较糊且肥。 op275:和5532比，胆性还重一点，解析力、低频、音场更好一点，可以买贴片的来打磨声卡用(特别是创新的)，可以改善硬冷的数码声。 EL2244:音色中性，音场比较宽，高频还可以，中频音乐味差，有人说解析力很高，其实是因为低频量感少，中频薄，高频显得突出而已。要用好比较难。 LT1057:两端延伸不错，速度、动态和解析力也挺好，就是属冷色调，放出的音乐好象有种不食人间烟火的味道，让你可以静静的听，却燃不起对音乐的那份激情。 AD827:延伸非常好，解析力高，高频华丽，中频纯厚，低频下潜和力度都不错，音场向前后左右拓展，有了凹凸感(这一点比其它运放强)，速度快，动态好，感觉很大气，初换上此运放后确实有让人为之一振的感觉。但久听之下，也发现很多问题，1虽然三频段、音场很宽，气势足，大开大合，但总感觉结构有点松，不够紧溱，2人声部份一般，有时大动态时，人声被配乐声淹没3不够细腻，属于激情有余而柔情不足，4音乐味不够。不过很多的人喜欢这种风格。当然买两片来换换口味听还是可以的，按我的感觉，用在AV功放上看DVD大片应该很适合。 OPA2604:感觉象5532的升级版，各方面都有很大提高，解析力不错，音乐味更好，有胆味，声底属于较纯厚且有点刚性，综合素质很不错。 DY649:和2604比，解析力更好，高频部份纤细而又柔美且泛音丰富，声底没2604厚，很清澈、细致的感觉，音乐画面异常清晰，人声部份圆润通透、有种甜甜的感觉，人声(特别是女声)是它的强项。 DY639:整体性稍弱于649，但更具备胆机特性，胆味更浓。 DY669:和2604差不太多，纯厚的声音。 AD712:解析力很好，清晰而又没有音染的声音，一种很透明的感觉，声底细致，低频量稍少。属于典型的监听风格。不过可能很多人都不大喜欢这种纯净水的感觉，还是加点味精好，大概是我已前玩过音乐制作的原因吧，习惯了这种纯纯的监听味道，挺感兴趣。 AD712(金封):一时好奇，第二天又去弄了个金封的，和陶封比，感觉解析力更好，声底更纯厚点，低频弹跳感下潜度都有所加强，音场定位感不错。...刚开始听时感觉好象人声清淅度还不如陶封的，吃了一惊，后来反复比较才发现，因为陶封的高频比较 5 冲、直白、声底薄，人声显得亮，所以有这种感觉，还是金封的耐听度更高。不过，不太推荐使用，因为现在金封的找不到拆机件了，只有买全新的，要75元，这个价位可以买到更好的型号了。 AD797:值得试试的东东，人声很亲切，在朋友家测完后立刻被扣下来了。 拆机件45元;因为时间关系，就买了这些东东测。其它还有更高档的627，2111(要100元)，DY2000、AD927(好象没听说过)以后有机会再试，特别是有个店家极力推荐的号称“打遍天下无敌手”的金封OPA2604(要价200/个)很有点吸引力 ;最后，说说测试感觉: 1运放这东西还是不错的，玩起来比较简单又很有效果, 2实际上到了2604这一级别，解析力、音场、音乐性等各项指标也都相当不错了，高档运放都很有特点，主要还是看自已的音乐口味来选择; 3先后去了几个地方测，不同的功放测的感觉不全一样，看来电路设计还是最重要的，我朋友的一台英国CD机声音很好，就是用八片5532组成运放的. ;4搭配很重要，我自已有个斯巴克CD机和AD10的耳机(声染很重)，又浑又厚高频还刺耳平时怎么听都不是味，已闲置很久了，于是把手上的运放挨个组合测试，拆腾了一晚上，最后CD机的两个2604换成了DY649，耳放上5532换成了712(1057也可以)，再听耳机，清淅、透明，细节丰富、低音有力，特别是人声部份非常突出。感觉变了一副耳机。 借了朋友的K501试，则感觉827+DY649组合最好 ;5总想找更高档的运放，试试更好一点的效果，为了这种感觉会导致付出更多的精力和RMB。呵呵，还是适可而止好一点吧 低档运放JRC4558。这种运放是低档机器使用得最多的。现在被认为超级烂，因为它的声音过于明亮，毛刺感强，所以比起其他的音响用运放来说是最差劲的一种。不过它在我国暂时应用得还是比较多的,很多的四、五百元的功放还是选择使用它，因为考虑到成本问题和实际能出的效果,没必要选择质量超过5532以上的运放。对于一些电脑有源音箱来说，它的应付能力还是绰绰有余的。 运放之皇5532。如果有谁还没有听说过它名字的话，那就还未称得上是音响爱好者。这个当年有运放皇之称的NE5532，与LM833、LF353、CA3240一起是老牌四大名运放，不过现在只有5532应用得最多。5532现在主要分开台湾、美国和PHILIPS生产的，日本也有。5532原来是美国SIGNE公司的产品，所以质量最好的是带大S标志的美国产品，市面上要正宗的要卖8元以上，自从SIGNE被PHILIPS收购后，生产的5532商标使用的都是PHILIPS商标，质量和原品相当，只须4-5元。而台湾生产的质量就稍微差一些，价格也最便，两三块便可以买到了。NE5532的封装和4558一样，都是DIP8脚双运放(功能引脚见图)，5532的内部为JFET(结型场效应管结构),声音特点总体来说属于温暖细腻型，驱动力强，但高音略显毛糙，低音偏肥。以前不少人认为它有少许的“胆味”，不过现在比它更有胆味的已有不少，相对来说就显得不是那么突出了。5532的电压适应范围非常宽，从正负3V至正负20V都能正常工作。它虽然是一个比较旧的运放型号，但现在仍被认为是性价比最高的音响用运放。是属于平民化的一种运放，被许多中底档的功放采用。不过现在有太多的假冒NE5532，或非音频用的工业用品，由于5532的引脚功能和4558的相同，所以有些不良商家还把4558擦掉字母后印上5532字样充当5532，一般外观粗糙，印字易擦掉，有少许经验的人也可以辨别。据说有8mA的电流温热才是正宗的音频用5532。 NE5532还有两位兄弟NE5534和NE5535。5534是单运放，由于它分开了单运放，没有了双运放之间的相互影响，所以音色不但柔和、温暖和细腻，而且有较好的音乐味。它的电压适应范围也很宽，低到正负5V的电压也能保持良好的工作状态。由于以前著名的美国BGW-150功放采用5534作电压激励时，特意让正电源电压高出0.7V，迫使其输出管工作于更完美的甲类状态，使 6 得音质进一步改善，所以现在一般都认为如果让正电源高出0.7V音质会更好。5534的引脚功能见(图)，价格和5532相当。而NE5535是5532的升级产品，其特点是内电路更加简洁，且输出级采用全互补结构。转换速率比5532更高。不过有个缺点就是噪声较大，频带不够宽，底电压工作时性能不够好，所以用于模拟滤波时效果不如5532理想。但在工作电压大于或等于15V时用作线形放大电路，音乐味会比5532好一些，所以其价格也比5532要贵两三元，其引脚功能和5532一样。 双运放AD827。这枚是AD公司的较新产品，它原本是为视频电路设计的，所以它的增益带宽达50MHZ，SR达到300V/us，它与EL2244一样都是目前市场上电压反馈型双运放的顶级货，一般的运放难望其项背。其高频经营剔透，低频弹跳感优越，其性能指标与实际听感全面胜过其他很多同类产品，音质被一些人形容为无懈可击。且在正负5V的供电下仍有优异的性能。但其价格也稍微昂贵，30多元。脚位功能和5532相同。 双运放OP249。该运放是美国PMI公司的产品，厂家声称是用以取代OP215、LT1057等运放的，LT1057是属于动态大，解析力高，音色冷艳清丽的一种，搭配东芝的暖色名管就很合适。而OP249则和它不同，其输入级采用JFET，主要特点是显中性，无什么个性，声音平衡、自然而准确，所以体现了HIFI的真谛。塑封的才15元，陶瓷封装30多元，具有较高的性价比。不过要是对音色的喜好有偏重的朋友可能不大喜欢。 双运放OP275、OP285:它们也是PMI公司的产品，内部电路采用双级型与JFET型混合结构。其音色很有个性，低噪声，声音轮廓鲜明，解析力高，声音柔顺，中频具有胆机柔美润泽的特点，人声亲近。价格适中，而且性能稳定。适合用来打摩声音单薄、毛糙的CD、解码或放大器。它们的封装形式和引脚功能也和5532一样。OP275现在的市面价格为10元、OP285 15元。 顶级运放OPA627。BB公司的OPA627是目前为止最高档的运放，也是采用场效应管输入方式，音色温暖迷人，但其价格简直吓人，达到150元，所以不是顶级的机器一般不会用到这么昂贵的运放，性能上是否能达到这个价格也见仁见智，不过听过OPA627的发烧友都一致认为AD827、LT1057等根本无法与之比拟。 胆味运放OPA604与 OPA2604。这两种运放都是Burr Brown公司的产品，OPA604为单运放，OPA2604为双运放。它们都是专为音频而设计的专用运放，音色醇厚、圆润，中性偏暖、胆味甚浓，是被誉为最有电子管音色的运算放大器。当年的价格也不低，但还是被许多音响发烧友选为摩机升级机器的对象。现在这两种运放的价格都已较为合理，OPA604为25元，OPA2604要40多元，发烧友用来摩机是不错的选择。 有源伺服电源(7815、7818、7915) 有源伺服电源是一种性能优于蓄电池的电源，特别适合于音响设备。其高频猝发信号适应性和自身噪声指标特别好。图(a)和图(b)为两种实用电路。前者适用于音响设备的前置放大电路。后者适用于功率放大电路。 电路工作原理是:普通的三端稳压器IC与高速运放搭配起来，由运放构成直流负反馈的交流放大器，对三端稳压器输出电压的动态变化信号进行放大，然后控制三端稳压器的输出，从而使三端稳压器的高频特性得到大幅度的提高，改善电源的性能。这种电源有二个特殊要求:(1)运放必须是高速运算放大器。(2)三端稳压器的输入电压必须高于输出端5V以上，但不可超过三端稳压的极限值。 7 8 9 10 三诺N-50G为定位在1200元的高级型产品，采用了简洁的无源RC前级电子两分频技术，在有限的成本限制下，作出了相对同类产品更好的音质:清晰度较好低频控制力较好，声音较明亮、全音域声音较为平衡，声场再现和声像定位较好。 另外，前级电子分频技术，避免了高低频信号通过同一放大器产生的互调失真和相位失真，同时也避免了传统无源功率分频器占用的至少45%的功放功率，极大地提高了功放对喇叭的阻尼系数，把功放对喇叭的控制力提高到一个崭新的水平。而以下，则是我剖析并打摩N50-G的过程。 11 首先，将两只音箱的密封加强:拆下所有喇叭单元包括有源组件，把音箱内部拼接缝涂完一瓶乳白胶，喇叭单元圆弧台阶涂一圈密封胶。等胶水干后，在低音单元磁钢罩贴满双面胶纸，然后把2毫米厚呢绒布边角废料拼贴上去，这比贴太空棉要好，当然最好是用玻璃棉，可惜一时找不到。接着把一包废铁块和干净的沙子用一布袋放入无源音箱，这个袋子的体积与有源箱体中的变压器，电容等物件的体积尽量相同。这样两边的箱内等效容积相似，低频表现也就相似。 另外，因为引线不长，所以花几块钱把两个箱内的高音喇叭线换为镀银两芯绞合线，低音喇叭线不换。当然，因为这些都是很简单的操作，所以我在这里并未给大家展出相关的图片。而接下来的重点，我还是想说下内部的电路打摩部分。 而接下来的重点，我还是想说下内部的电路打摩部分。下面这张图，就是我对于N-50G的内部电路的相关分析，以及打摩的想法与思路。可能有些枯燥，请大家耐心～ 12 图2中第?单元的电路如图五所示:这是我十几年找到的最简洁有效的低频补偿专用电路，用过多次确实很好，如果能配合专业声学测试工具，就能有效的扩展低频下限，令低频下潜更深，低频量感有效增加。当然，这个电路的补偿频率点fo和Q值参数必须在低频喇叭单元、箱体强度、以及功放和电源容量能够承受的范围以内才行。 具体讲有三大功能: 一、滤掉这个小型书架箱无法重放好的30-40Hz左右的次低频信号。这样，可有效的减轻功放、电源、低频喇叭单元的负担，有效地提升低频重放的纯度和质量。也可以说:在功放以及电源的功率容量不变的情况下，可以重放更大的高质量声音。用它可有效的节约成本。 图三 13 另外，在图二第?单元中，为了稳定纯直流功放中点电压而配置的改进型快速直流伺服电路需要与这个HPF滤波器配合，杜绝发生极低频调制现象。 二、电路的补偿频率点fo和Q值参数凭听觉或专业声学测试工具可调，然后固定下来，批量生产时用固定电阻代替。 Q,1/(3-A) A=1+(VR3+10K)/22K 一般VR3应调到22K-50K以内，Q值在应2-8以内，否则系统会过载导致明显的失真。在图4中，曲线1是未补偿前的音箱原始频响曲线;曲线3是图5高通滤波器HPF的响应曲线;曲线2是希望得到的经过补偿后音箱响应曲线。而N50-G的补偿频率点fo，约在29Hz，VR1 =39K VR2=75K。 图四 三、信号输入的缓冲放大:两声道设计成互相反相，目的是在大动态时，功放直流正负电源的瞬间对称性会比改造前好得多。而在同一音量下听起来会感觉:低中频密度提高，低频饱满了，在大动态时声场不易散乱。听感如同变压器及整流滤波电容的容量都加大了一样。而在国外，目前已有功放应用该技术。 我们继续，图二中第?单元的电路如图表六所示: 14 在众多环绕声场处理器中，我之所以选用东芝TA8173，是因为它在直通状态下的谐波失真极低，许多专业发烧友未能听出它有什么音染。当年，许多进口高档电视就用它，拆机件仅一元，而且来源非常广泛。它输入和输出都有缓冲放大器，可作为一款Hi-Fi级的缓冲放大器使用，声音通透细腻，其动态、声场、解析力和全音域平衡感均很出色(详见我在1998年《实用无线电》上的文章)。同时，这里采用的是改进型音效可调的电路，比常见的不可调电路适合更多人的口味。 15 另外，它最多可以将原直通声场宽度增加1倍，具有BBE效果(延迟低中频信号，人为造成高频信号超前，矫正音源中常见的高频信号滞后，声音又变得鲜活明亮清晰)，可将原来听到的在墙后(音箱后)十几米之后的声像(比如:坦克声,赛车声)拉近到几米距离。令声像靠前(这是好事情)营造出仿佛近在眼前的逼真临场感。而在低频越好的音箱上，体现越明显的效果。 另外，，TA8173既能满足Hi-Fi用户的要求(开一点的效果，人声变得醇厚丰润，比直通动听多了)，也能满足电脑游戏谜的要求。其可让那些平淡乏味的游戏音乐变得跌宕起伏有致，动感较为澎湃，更加生动刺激)。它对卡拉OK也挺有用的，可把单声道的伴音或演唱声变成模拟立体声，左右两边都有仿立体声的伴音和演唱声出来，令人感觉不同。像N-50G这种中型体积之发烧级音箱就用脚架摆在家中显赫之处，必须能够Hi-Fi与AV两相宜才有最大的市场竞争力。 图表六中VR即是带开关K的、调光用B500K电位器。电路中小电容全用MKT(CBB)薄膜电容，,0.2/只。输入耦合电容用63V1uF拆机WIMA2只，输出耦合电容用方黄聚酯薄膜电容63V2.2uF 2只，信号传给图二中第?单元的由高级双运放构成特殊的电子有源两分频电路。 16 其中，图二中第?单元与众不同的电子有源两分频电路的描述如图9、图10所示: 图9是常见的无源电子两分频或二阶有源巴特沃斯平坦高通HPF及低通LPF系统框图，另外还有两个图，说明它的相位失真造成的HPF及LPF合成的系统整体频响失真。如果颠倒高低频喇叭的相位，分频点的频响凹陷会减轻,高频段与低频段的相位还是差距很大，影响到声音的层次感及声场宽度和深度、声像定位，听起来不够真实传神。这个问题不管是用无源还是有源电路，都已经困扰音响界专业人士几十年了。 而图10是我用的两分频(二阶有源式，12dB/倍频程)电路，类似无缝减法分频器，但比它完美。它的整体系统合成频响曲线(信号)为平坦直线，而且它的方波响应为一个反相的方波(完美不变形)，它在20Hz~20KHz范围的相移始终保持基本为零度。要求运放的频响足够宽，如200KHz以上。 可以说，图10在分频点没有相位畸变，系统音质更多取决于喇叭单元的素质、箱体设计及功放的素质。它是我十多年一直研究该领域的成果，具有重大价值，可以说是不拖音质后腿的完美分频器。同时，它是本次摩机中最有价值的电路。 17 图二中第?单元的电子有源两分频电路分频点fo=2KHz。 图二中第?单元的电路如图七所示: 为了节约摩机，这里采用增加功率电感L1、L2及加大滤波电容，加并高频EC电容的低成本方法改造原功放电源，它对音质的影响可占到50%，因为声音就是由电源驱动喇叭产生的，只不过中间经过功放的调制。LC滤波适合大电流负载，同时具有比常见的纯电容滤波低的内阻(二极管导通角明显变大)和大动态更小的纹波，对于改善音质很有效。这里L1、L2用20W废旧O形变压器芯(留有防饱和1MM气隙)加,0.85MM漆包线绕制，电感约27MH。在大动态的时候，电感L瞬间猛烈放电,平抑电压的突变，V+和V-不跌反而增加。所谓著名的气囊式功放电源，令有源音箱听起来有连绵不断的强韧厚实力度和特别高的声音密度，做得好比采用功放稳压电源更好听。 而简单稳压二极管输出F?2V只供给图二中第?、?单元的直流伺服电路和前级有源伺服电源的运放用。用FR104两只隔离功放纹波传到前级有源伺服电源?2V。图中EC拆机电容是高性能产品:每边有13脚并联，尺寸36×28×19，,2/只。非常超值。用它保证中高频的解析力、明亮度.整流管加并0.01μf优质瓷片电容，降低整流管噪音。在整流管上加并一个25A/200V金封方全桥，拆机价格每个,2.5。 图二中第?单元的电路如图八所示: 18 它为信号处理单元?????提供宽频响，极低噪音及极低内阻的高质量?2V或?.3V前级电源。它的伺服运放NE5532或LF353采用F?2V，用拆机件每个,0.3。几个关键电容采用4.7Uf/25V钽电解。图中T1、T2分别是拆机件2SB649、2SD669。 而图二中第?、?单元的电路如图九所示。这部分是本次摩机出靓声的基础，其中有源直流伺服电路采用以前摩机拆下的JRC4558或KIA4558,取其低噪音和良好的稳定性。以下是功放部分电路: 由1/2LM4766T或者TDA7294全功能集成功放块，构成先进的电流负反馈与原有的电压负反馈复合而成动态反馈电路。它将喇叭及喇叭音箱线，接线夹统统包含在反馈网络里，可超前补偿很多失真，对喇叭的控制力也提高很多。这几年我用下来，是深有体会。另外，成本最低但是收效最大。 此时，低频能自然地潜下去(详见对应的低音单元装入箱体后的阻抗曲线)，低频段的厚实度、饱满度、弹跳力至少增加40%，跟以前完全两样。低音出得猛，动态好，收得也特别快，饱满而干净利落。相比之下，原电压负反馈功放低频是散开的，缺乏凝聚力，比如鼓点听起来有脸盆甚至桌面那么大，有点混浊拖泥带水，量感仅有复合动态反馈电路的约60%。改革后的功放使原来处于单一平面的音场一下子变得活泼有生气，中高音层次分明而不刺耳，中音比较起来清澈透明，人声及弦乐表现特别亲切真实，空间感明显增强，声场的宽度与深度有显著改善。而这，是我自己反复摩机验证过的。其实喇叭发出的声音，正比于音圈流过的电流。而喇叭是个偏感性很强的复合阻抗。所以用电压反馈模式肯定失真大，听感不好。除了采用音圈声反馈技术之外，最经济有效的高保真功放就是电流负反馈与电压负反馈复合而成的动态反馈电路。 19 新动态反馈电路是个纯直流放大器，它的幅频失真及相位失真都大幅度减小。电流负反馈的输出功率与负载阻抗成正比，而传统电压负反馈的输出功率与负载阻抗成反比。这样可以利用来矫正N-50G原有频响曲线的一些不足之处。同时瞬态失真大幅减小，听感显著提升。当然要求功放有足够大的功率储备，还好TDA7294、LM4766直推喇叭，功率余量足够。 在这里为了防止音源因为用户原因接触不良，导致纯直流放大器瞬时大幅偏移中点而烧毁喇叭，采用了改进型快速有源直流伺服电路，正常工作稳定保持功放的中点在2毫伏内。常见的电路响应慢，容易在这种情况下烧喇叭。实践证明:有源直流伺服电路还可以有效提高信噪比，令背景宁静。 20 另外，因为原N-50G的6.5英寸低音喇叭磁体相当硕大，其灵敏度超过了高音喇叭。已知，TDA7294厂方推荐闭环增益为22K/0.68K=32.35倍。而N-50G实物的高音功放LM4766闭环增益为1+22K/1K=23倍，实际上LM4766的闭环增益允许用到48倍。这样将增益调小，虽然频响曲线合适了，但低中频声音似乎还少了些灵气。原因就是负反馈过深，闭环增益过小。 所以，我把低音功放增益设为23倍左右，高音设为34倍左右。VR1、VR4用于控制失真、调节实际听感和频响曲线。 要注意的是，LM4766、TDA7294的输入阻抗会随着频率变化而变化，为了获得最大限度的动态和最佳音质效果(声音饱满、解析力高、声场宽阔、声像稳定)，在功放与第?单元电子分频器的输出之间加入可调增益的正相缓冲放大器，让电子分频器工作在最佳状态，而且高低音的响度可以用VR2、VR3很方便的调节。 优选TDA1308贴片作为信号级的双运放，实测在正负2.88V电源供电条件下音频信号无堵塞或削顶失真，比NE5532好得多。另可用NE5535(拆机3元/片已停产，实际效果优于OP275、AD712、LT1057、CA3240)或OPA2604(贴片拆机4元/片)，最后可用,1.12美元的顶级双运放，这时候用双运放12V。它在全音频范围内比OPA2604、LM4562、AD797、AD712、AD827、AD826、OPA2134等都好多了，听过难忘，你可以知道什么叫音质有残疾，什么叫做很完美～快八年了，每次试听我即将交货的顶级摩过的VCD或DVD，顶级双运放都能让我和旁人激动不已。花40-50元拼焊分立元件电路也难做出它的传神音质、最为宽广的动态范围、宁静背景下最深邃的声场。 最后，啰嗦几句。三诺N50G的喇叭、功放IC用料都相当好，有很大的摩机潜力。俗话说:前级出声，后级出力。在电路结构定型后，决定系统音效的主要因素是运放(目前大部分音响的前级都以集成运放为核心部件)，LM833、NE5532、4558、TL072、TL084、4570、4580等都是动态较小、声场较窄、解析力较弱的东西。其连CD信号的88分贝动态都不能很好的表现出来，会压缩掉一些。而TL072、TL084的方波响应过冲较多，听感明亮但不圆润，低频干瘦量感与弹性差 。 材料名称 数量 单价(元) 单项金额(元) IC插座 13 0.06 0.78 LM317、LM337 各1 0.3 0.6 2SB64、2SD669 各1 0.3 0.6 TA8173AP 1 1.00 1.00 4558或NE5532 1 0.3 0.3 L1、L2 各1 7 14 EC电容 15Uf/75V 2 0.8 1.6 EC电容 40Uf/75V 2 2 4 FR104 快速二极管 2 0.1 0.2 1N4148 开关二极管 16 0.06 0.96 金封25A/200V 1 2.00 2.00 带开关电位器 B500K 1 0.9 0.9 3W无感电阻 4 0.5 2 电解电容50V1000μF 6 0.18 1.08 电解电容16V220μF 2 0.1 0.2 钽电解电容25V4.7μF 2 0.5 1.00 21 瓷片电容100V0.01μF 4 0.05 0.2 涤纶电容50V0.1μF 12 0.06 0.72 独石电容50V0.1μF 10 0.06 0.6 WIMA电容63V1μF 4 0.2 0.8 聚碳酸脂电容50V2.2μF 2 0.8 1.6 聚碳酸脂电容63V0.1μF 21 0.1 2.1 WIMA电容63V0.1μF 8 0.1 0.8 信号双运放TDA1308 10 0.45 4.5 电阻 70 0.02 1.4 可调电阻 12 0.15 1.8 乳白胶 1 2.5 2.5 合计:48.24 另外，如果信号双运放采用NE5535(拆机,3/只)，成本为,73.74元。而如果信号双运放采用OPA2604拆机贴片(拆机,4/只)，成本为,83.74元。如果信号双运放采用顶级双运放，成本为,127.74元。 ? 专家点评 降低整流噪音 对箱体进行了密封 对信号地线进行了修正 调整增益,对高低音的量感做出了调整 作者首先对产品进行了详尽的剖析，绘制了非常清晰明确的流程图和电路原理图，并且结合主观听感、电路设计和国家双“S”评测标准分析了产品存在的打磨空间。此方案表现了丰富技术内涵，提出了“动态反馈纯直流电路”、“次低频滤除”、“LC滤波”极具特色的摩机理念，远远超越了简单的换件式的摩机方式，非常切合本次大赛倡导的“科学摩机”理念。同时，从上述摩机方式加上音效电路的运用等，也使本方案具有较高摩机创新性，非常值得广大摩机爱好者参考和借鉴。 另外，此方案的图文表现良好，手工绘制的原理图绘制工整，布局合理，体现了专业和认真的摩机态度。总体文本描述详尽细致，并进行了较多的原理和技术方面的论证，唯一美中不足的是文字与图片的配合仍有可再加强的地方。此方案的摩机成本也相对较为合理，在元器件的选择上有独到的见解和丰富的经验，较好的体现了高性价比科学摩机的理念，给广大摩友的在打摩实践中提供了较高的参考价值。 22 笔者是个业余音响发烧友，有时间就喜欢自己动手DIY音响器材，如解码器、前级、功放、音箱等，乐此不疲。对于音响发烧友来讲，基本上都经历了从DIY集成元件功放到DIY分立元件功放的过程。现在多数多媒体音箱生产商采用集成功放来作为多媒体音箱制作的首选，因为它所需的外围元件少、调试简单、价格便宜，因此，集成功放芯片也是在发烧友手中最常见的元器件。 目前市面上常见的集成功放芯片有美国国家半导体公司的LM系列、意法半导体公司的TDA系列等。笔者尤其喜欢LM系列，因其功率较大、指标优良，还有完善的保护电路。从实际听感来讲，也是十分讨好耳朵。目前在发烧友中比较流行的LM系列芯片有较早的LM1875、LM1876、LM4766以及较新的LM3886、LM4780，这几款芯片的技术指标请参看附表。 一、设计思路 由附表可见，较新的IC功率大，指标也好。笔者前后试用过上述几款芯片，尤其钟爱LM1876，虽然其功率是上述几款芯片中较小的，但作为家庭音响使用也已足够。因为普通家庭房间也就20m2左右，而且多数时间是在中等音量下听音。因此需要制作一款体积小(例如小型功放，多媒体音箱打磨升级，驳接书架音箱的功放等)，发热量小，音色出众的功放，非LM1876莫属了。 笔者打算DIY一个驳接6.5英寸书架音箱的小型功放，选择LM1876芯片，打算采用"前级+后级"的主体构架。前级负责小信号电压放大和音量控制，考虑到制作的方便，决定用曾经称之为运放之皇的NE5532运放做一个简单的正相放大电路(图1)，而功放电路决定就采用官方的标准电路结构(图2)。电源变压器采用100W环形变压器，双24V交流输出。为了给电路提供一个稳定、高质量的电源，电源电路采用LM317和LM337构成的有源伺服稳压电路，并且用A1943/C5200大功率对管进行扩流，以供功放使用(图3)。因为电源是功放系统的心脏，是提供动力的源泉，所以电源上的设计绝不能马虎。因此笔者抛弃了常用的简单整流滤波电路，而不惜下重本在电源电路(在整套系统中，电源是笔者投入最多的部分)。 二、电路分析 F的CBB电容到地线退耦，以提高电源质量，减小干扰。电阻均选用高精度0.25W金属膜电阻。运放可以选用运放插座，那样还可以更换不同的运放，以得到不同的音色和更好的音质。,F的电解电容并联0.1,F的电解电容应选择质量好的，耦合电容也可以用2个质量好的电解电容同极串联为无极性电解电容，这样的效果也很好。运放的4、8脚需要分别接100,F耦合电容和47,2.7(倍)。1,1.前级电路:从图1可见，音源信号从输入端口进来，经过50kΩ的电位器进行音量控制。4.7kΩ和2.7kΩ电阻的比值决定了前级的放大倍数，此处增益为4.7kΩ/2.7kΩ+1 23 2.功放部分:图2所示功放电路是官方的标准电路(只给出一个声道电路)，集成功放的电路形形色色，无论简单还是复杂，但为何笔者就选择了官方标准电路,因为笔者认为，官方标准电路是能够稳定与高性能兼并的一个理想电路。常见的简单的电路有可能精简了官方电路的部分元件，笔者认为这样并不妥当，这样可能会使电路工作状态不稳定;而一些复杂的电路，又有画蛇添足之嫌，处理不当，反而会使声音不好甚至无法正常工作。这就是为何许多朋友虽然做过了各种集成功放电路，总觉得不耐听的缘故所在吧。 F的CBB电容到地线退耦。LM1876有2种封装，T结尾的是不绝缘的，制作的时候注意在其和散热器之间加上绝缘片，并在绝缘片正反面涂上适量的散热硅酯，加强散热。,F的电解电容并联0.1,H电感并联则起抑制扬声器反电动势，提高负载能力的作用(笔者认为，这部分电路和茹贝尔网络在制作中是不可省略的)。在实际制作中，10Ω电阻选择3W以上的电阻，电感可以用1mm线径的漆包线在5mm左右螺丝刀上绕15圈，然后将电阻穿过电感，一起焊接在PCB上即可。其他电阻可以用0.25W或者0.5W规格的。在LM1876的正负电源脚上需要分别接100,F的CBB电容串联组成了茹贝尔网络，可防止电路自激振荡，使功放稳定工作。而10Ω电阻和0.7,F的负反馈电容同样需要用高质量的电解电容。输出部分的4.7Ω电阻和0.1,简析图2所示的功放电路。前级输出信号经LM1876的输入端口输入，这里采用了直接耦合，是为了得到更加纯净的音乐。增益为20kΩ/1kΩ+1=21(倍)。47 24 25 3.电源部分:电源电路如图3所示，这是松下的有源伺服电源电路。由于篇幅所限，只给出了正电源部分，负电源电路和正电源电路基本相同，不同的是需要将LM317换成LM337;2SA1943换成2SC5200。在这里2SA1943大功率管起扩流作用，需要加适当散热器并绝缘。与2SA1943相连的10Ω电阻需要用1W或1W以上规格的电阻。LF353N的第7脚所接4kΩ电阻可以用高精度微调电阻代替，在此起到调整输出电压的作用。同样LM317也需要外加一个散热器，其他元件选择正品元件即可。 三、制作过程 s的延迟。可见，此整机的整体性能还是达到了官方公布的LM1876应有的水准。,s和4.4,s左右的延迟。图6所示的是实做整机的方波测试结果。在上升沿和下降沿也分别有4.6,电路设计完成后，就是制作PCB了。PCB布线是关键，需要考虑到很多因素，这里就不做详细探讨。笔者在设计的时候考虑到模块化结构和安装与调试的方便，就设计了4块PCB。分别是有源稳压伺服扩流电源、运放前级、LM1876(兼容LM4766)、扬声器保护板。输入的交流电压经过电源部分整流稳压后，输出双24V直流大电流供电给功放，前级(板载LM7X15系列稳压电路)，扬声器保护板(板载LM7812稳压电路)。虽然LM1876有完善保护电路，但笔者还是给它加上外接扬声器保护板，这样一来可以防止芯片损坏而烧毁扬声器，二来可以利用扬声器保护板的可显示状态的LED作为整机指示灯。由于目标是小型功放，因此，选择了某款全铝小型功放机箱，铝壳还可以给LM1876和A1943/C5200当散热器，一举两得。各个PCB之间均使用接插件进行连接，十分方便。制作完成的外观如图4所示。整机安装调试完毕后，笔者特意对整机进行了方波测试，以检验设计结果。图5所示是官方公布的在20kHz，8Ω负载、供电电源为?30V的情况下方波测试效果图。可见其上升沿和下降沿均有4 有好的技术参数，才有好的声音效果。实际听感也验证了整机的不俗性能。高、中、低各个频率段的整体表现平衡，接电脑声卡输出(播放APE格式音乐文件)，在同样条件下，听到了以前其他功放未曾听见的音乐细节，长时间的聆听也不感心烦。如果你也打算制作一款小巧且性能不俗的Hi-Fi功放系统，不妨考虑LM1876这款集成功放芯片～虽然它已走过许多年头，但至今仍在许多中档多媒体音箱上见到它，也在DIYer中流行甚广。用心去做，相信你也能发挥出它的潜能～ 26 27