一种带MP3音响电路的分析与调试

2020-02-02谢林飞

电子技术与软件工程 2020年17期

关键词：集电极电位器音量

谢林飞

（广东省机械技师学院广东省广州市 510450）

功放电路作为模拟电路中一个比较综合性知识；在实际中运用很广，常用来制作音响、低音炮等。对于功放爱好者来说，一个比较综合性的功放电路，对于设计、调试来说具有一定的参考价值。

1 整机电路框图

功放，即声频功率放大器（简称功放）。本次的机型分为MP3解码、开关电源、变压器供电电源、功率放大器等部分组成，如图1所示。

2 MP3解码及音源电路

MP3 播放器是利用数字信号处理器DSP 来完成处理传输和解码MP3 文件的任务的。DSP 掌管随身听的数据传输，设备接口控制，文件解码回放等活动。音乐播放过程是：首先将MP3 歌曲文件从内存中取出并读取存储器上的信号→到解码芯片对信号进行解码→通过数模转换器将解出来的数字信号转换成模拟信号→再把转换后的模拟音频放大→低通滤波后到耳机输出口，输出后就能听到音乐了。

3 电源电路及工作原理分析

开关电源启动/停止控制电路：由R12、R13、R18、R20、Q9、Q8 元件组成，“POWER1” 电源输入和控制端口，2（+）和3（-）端是直流电源（接电池或电瓶），1 端是开关电源启动/停止控制端。

当POWER1 的1 端与2 端接通时，NPN 管Q8 的发射结获得正偏电压饱和导通，形成集电极电流，此时PNP 管Q9 的发射结获得正偏电压，饱和导通，其E 和C 极相当于开关闭合，POWER1的2 脚12V 电源就可以通过Q9 的E、C 极给电源管理IC TL494CN的电源输入端第12 脚供电，IC 开始工作，第9 和10 脚输出脉宽调制信号PWM 脉冲，开关电源正常工作。

当1 端悬空或接地时，Q8、Q9 截止，电源管理IC TL494CN的12 脚VCC 无法获电源输入，而停止工作，IC 的第9、10 脚无PWM 脉冲信号输出，开关电源不工作。

当电源管理IC TL494CN 的12 脚获得工作电压后，接第5、6脚外配定时振荡电容和电阻与内部振荡电路起振，并产生锯齿波，经内部死区时间控制、电压比较器、PWM 调制、D 触发器等电路处理后，从IC 的第9、10 脚输出交替的PWM 开关脉冲信号，通过Q11、Q13、D5、D8 等元件构成的激励级，分别控制功率开关场效应管Q10、Q12 交替导通，形成的电流经开关变压器的初级线圈，转换成交变的磁通，再通过次级线圈感应转换成交流电压，再经D3、D4、D6、D7、C16、C20 进行桥式整流滤波，形成约±24V的双电源电压供给功放等电路工作。这样经过DC-AC-DC 的变换过程，就把直流单12V 电源转换成了±22V 的双电源了。

稳压过程：当±24V 的双电源电压降低时，会通过R33、R29，R37、R36 反馈到IC 内部的比较器，形成误差控制电压，经脉宽调制PWM 电路，使得9、10 脚输出脉冲宽度增宽，通过开关管和开关变压器转换后，使得输出电压升高。反之，则使输出电压降低。

图1：电路整体框图

图2：开关电源电路原理图

图3：功率放大电路

其它的一些控制功能的说明：3 脚反馈输入端，4 脚是死区时间调整控制端，13 脚是输出模式控制端，14 脚是内部基准+5V 稳压输出端，8、11 脚是内部功率输出管的集电极，9、10 脚是内部功率输出管的发射极。

FRA1 为保护二极管，C17 为电源滤波电容，R26 和C22 为软启动控制RC 电路（开关电源启动的时候C22 充电，电流在R26 上形成较高压降，即死区时间4 脚电压较高，死区时间长，此时开关脉冲较窄，随着充电的完成R26 上的压降逐步降低，死区时间短，此时开关脉冲的宽度受反馈电压的控制。

4 音频放大电路

音量调整过程：音量电位器R42 的动触点向上移时，则动触点下面的电阻阻值增大，分得的音频信号电压增强，输出的音量增大，反之音量减小。

音调调整过程：电位器R48 下端通过C28 接地，由于C28 的容量为0.47uF 对于低中高频信号C28 所呈现的阻抗不等，低频部分阻抗最大，中频部分阻抗适中，高频部分阻抗最小，所以R48 的动触点从最上端移到最下端时中高音会逐步衰减，而低音部分影响较小，反之，中高音会得到逐步的提升，即实现音调的控制。

5 前置放大电路

IC(MC4558CD)的供电是第8 脚接B+12V 电源，来自于三端稳压78M12 的输出端，第4 脚接B-12V，是-22V 电压经R30 和R16 分压后获得。当输入幅度较小的信号ui时，经C4、R5 耦合到运放的反向输入端第6 脚，经放大从IC 的7 脚输出，一路经C5 耦合输出uo到下一级放大电路，一路经R3、C1 反馈到反向输入端第6 脚形成负反馈，以确保运放的稳定性和放大倍数达到要求，C1 主要作用是高频负反馈，防止高频自激振荡。

6 OCL功率放大电路

功放电路主要由Q4、Q5、Q1、Q2、Q3、Q6、Q7 及相关元件组成，采用直接耦合方式，每个管静态工作点相互影响。其中Q4、Q5 是差动放大级，Q1 是激励级，Q2、Q3 复合成NPN 管，Q6、Q7 复合成PNP 管，共同组功率互补输出级。

R9 和R4、R10 组成基极偏置电路为Q4、Q5 提供适合的偏置电压，利用Q4 的集电极电流在R1 形成的电压降，为Q1 提供适当的基极偏置，二极管D1、D2、R11、R15 串联形成的压降给Q2、Q3、Q6、Q7（使输出级静态电流工作在甲乙类状态），以减少输出级的交越失真，如用示波器观察到输出波形有明显的交越失真，则是输出级偏置电压低，可适当提高输出级的偏置电压来改善交越失真。在装配生产中，D1 或D2 可用几十或几百欧姆的电阻代替，阻值的确定可用电位器来调整找到适合静态工作点，要求是不产生交越失真，静态时功率管不过热。如果输出级静态电流调得过大会使输出功率管发烫。

功放电路级间的直流负反馈从输出端经R4 加到Q5 的基极，C12 对直流相当于开路，因此直流反馈大，C12 对交流信号相当于短路，与R7 串联后对交流信号负反馈小，有效保障了交流信号的放大能力，使放大器获得稳定的增益，性能得到改善，再加上差动放大电路本身优良的静态工作点稳定性，保证了功放电路的稳定工作（输出零电位）；调整R7 可改变交流负反馈量，从而达到调整增益的目的。

C2、C13 是相位补偿电容，防止高频自激。R14、C15 用来校正扬声器的阻抗特性（补偿扬声器的感抗成分），使其接近纯阻，同时具有防止高频自激的作用。电解电容C7、C9 的负极接一起的串连，正极两端分别功放输出和高音喇叭，构成无极性的高频电容耦合通路。

经C5 耦合过来的音频信号加到Q4 的基极，经差动放大后从Q4 的集电极输出送到Q1 组成的激励级放大到足够的幅度，再经Q2、Q3、Q6、Q7 组成的准互补输出电路，最后送达喇叭。Q1 集电极输出信号的正半周时，Q2、Q3 组成的复合管（NPN 管）导通，Q1 集电极输出信号的负半周，Q6、Q7 组成的复合管（PNP 管）导通，两个半波合成后，在输出负载端就形成了一个完整的正弦波信号。

7 电路调试

7.1 静态检测、调试

本机供电方式有两种：DC12V 直流供电：用直流稳压电源调为12V 从电源接线座接入，经内部开关电源变换整流滤波后供给各个电路。变压器降压供电：采用电源变压器降压整流（1N5401X4）后，连接到主板的整流（FR304X4）输出端，通过C16、C20 滤波（与开关电源共用滤波电容）后供给各个电路。

以下主要讲解采用变压器供电的情况：

（1）瞬间通电检测±22V，正常应为±18V ～±22V 左右（空载——无信号）。若正常才可以检查其它电路，若发现±22V 不正常，应及时关机，检查正、负电源有无与散热器短路，功率管b、c、e 极与电路板b、c、e 极是否接正确，变压器次级输出与电路板有无接对，D3、D4、D6、D7 和D9、D10、D12、D13 极性有无插错等。若通电过程中有焦味且电源变压器发热（保险管良好）。

（2）检查B±12V（U1B 的8 脚、4 脚对地电压）正常时应为±11.5V--±12.5V。若B±12V 不正常，应检查781M12 稳压集成是否安装正确，电压输出是否正常，以及R30、R16、C14 降压滤波元件是否正常，电阻有无插错、虚焊、断路，电容极性有无插反，电路板覆铜走线有无断裂、短路，IC 是否损坏等。

（3）因为采用正负双电源供电U1B 的1、2、3 脚；5、6、7脚电压均应为0V。

（4）OCL 功放输出中点电压绝对值应≤0.1V，若中点电压绝对值大于0.1V 小于0.5V，可改变R10 的电阻值试之。若中点电压接近+22V 或-22V，一般是大功率管装配有短路或其b、c、e 与电路板的b、c、e 接错，以及功放部分小功率三极管有击穿或b、c、e 极插错，电阻元件插错或电路板因焊锡短路。本机由于电源电压不高，大功率管b、e 极与电路板b、e 接反，短时间通电一般不易损坏大功率管。