ASW低音炮设计制作.docx

ASW低音炮设计制作本放大器是为笔者的ASW低音炮度身定制的，具有简单可靠、性能优良、使用灵活等特点。 若将其均衡电路参数稍作修改，也适用于其他类型的超低频音箱。现将其电路原理、制作及 安装方法等介绍如下。、电路工作原理本放大器包括频率均衡、功率放大、电源等几个部分。1、频率均衡电路10英寸单元ASW低音炮的低频下限选36Hz，这一指标已很不错，但重放36Hz以下的 超低频时份量仍感不足，若使用的是8英寸或6.5英寸单元制作的超低频音箱，低频下限一 般只能达到42Hz以上，重放超低频时更是捉襟见肘，力不从心。这时听到的多半只是超低 频的谐音。故均有必要通过均衡电路预先对40Hz以下的超低频份量予以适当提升，以充分 发挥音箱的潜能，改善重放效果。此外，不同类型超低频音箱的低频上限也各不相同，与主 音箱低频下限的配合也就不一定适当，可能造成系统中低频段的响应失真。故也有必要通过 均衡电路对超低频音箱的频率上限进行调整，使之能与主音箱的低频下限完美配合。而20Hz 以下的次低频人耳虽不可闻，但音乐信号中则可能存很包括噪音），一旦进入音箱，单元锥 盆的振幅极大，会产生大量可闻的失真信钦如调制失真、二次、三次谐波失真等），故也需 要通过均衡电路予以衰减。具有上述多种功能的均衡电路通常比较复杂。为简化起见，本均衡电路选用了最为简单 有效的高Q值高通有源滤波器加可调式无源低通滤波器的电路形式（见图1）。图中，L、R 声道信号经R1、R2相加（接解码器超低音输出端子时只需从一个输入端接入），再经音量电 位器VR1调节后，送往IC1a与外围阻容元件组成的高Q值高通滤波器。该滤波器在不同Q 值时具有如图2所示的通带特性。S 2 不同Q值通漩溟畛响应曲或当Q>0.7时，其转折频率fp处会形成一个峰，Q越大，峰越高（提升量越大）。利用这一 特性，且Q值取得适当，便可按要求在提升超低频的同时衰减次低频，且电路十分简单， 该滤波器的电路特点是具有等值的滤波元件C、R和一定的增益，且Q值通过电路增益A 来控制，其中A=1+R4/R3Q=1/（3-A）Q值决定后，fp处的提升量也就决定了。Q值和fp的大小应根据音箱的结构和低频下限 来选取，合成后的响应曲线才会平坦。由于ASW式音箱的低端下降斜率为15dB/oct，可取 Q=5左右，这时滤波器的提升斜率约为14dB/oct,故本电路取R4=39kQ，R3=22kQ，这时A=1+39/22=2.77Q=1/（3-2.77户4.4若所配音箱为密闭式的，可取Q=4,提升斜率为12dB/oct，若所配音箱为倒相式的，Q 值可取810，但不宜超过10，否则电路可能不够稳定，这时超过20dB的提升量也是100W 以下的功放和音箱难以承受的。fp值要取在音箱频响曲线的低端转折频率fL的半倍频处。本电路所配音箱的fL在44Hz 左右（见图3曲线1）。故取fp=22Hz，这样滤波器的响应曲线（见图3曲线3），才可与响应曲 线1对称互补，合成的响应曲线（见图3曲线2）就比较平坦，理论上可使音箱的fp由原来的 36Hz扩展到22Hz，但由于扬声器低频端的效率较低，实际上只能扩展到28Hz左右，尽管 如此，其实际效果已相当理想(一只采用15英寸单元的巨无霸音箱，其fp也在28Hz左右)。 fp确定后，滤波元件C1、C2、R5、R6便可由下面的公式确定，即C1=C2，R5=R6，fp=1/2nCR=159/CR式中，C的单位为"uF”，R的单位为"kQ”，因受阻容件标称值的限制，本电路取C1=C2=0.330uFR5=R6=220kQfp=159/CR=159/0.033x220=21.5(Hz)从图2中还可以看出，这种高Q值滤波器响应曲线的低端下降斜率达24dB/oct，可大幅 度衰减fp以下的频率成分，故可在大幅提升超低频的同时大幅衰减次低频。信号经高通滤波器提升超低频后，从IC1a脚输出，送到由R7、R8、VR2和C3、C4 组成的可调式二阶无源低通滤波器作进一步处理，该滤波器中的C值及R值也相同，其响 应曲线高端转折频率fH=159/C3(R7+VR2)按图1所示元件值，该滤波器的fH值可通过调节VR2在52Hz与185Hz之间随意改变， 图3中的曲线4是fH调至55Hz时该滤波器的响应曲线，由于超低频音箱原有的上限频率 约为110Hz，故本滤波器与其配合后，合成响应曲线的高端转折频率实际上只能在52Hz至 110Hz之间调节。而滤波器fH值的高点取至185Hz，主要是为了使音箱原有的频率上限不 会被滤波器该点附近的过渡特性所压缩，相应地可与低端频响为50Hz至110Hz的AV主音 箱配合使用，获得较平坦的整体响应曲线。当然，也可通过调节VR2获得不同的低频效果， 以满足不同人的听音喜好。信号经低通滤波处理后，已形成所希望的均衡特性，再经IC1b构成的跟随器缓冲“隔离” 后通过R9、C5送往功率放大器输入端(人点)进行功率放大。2、功率放大电路用于驱动超低频音箱的功率放大器，主要要求其具有足够的驱动电流、较低的内阻、较 高的稳定性和可靠性，其他性能则没有特殊要求。这里我们选用了如图4所示的全直流全对 称互补功放电路。该功放可对5Q负载提供100W的不失真功率，输入灵敏度为300mV，输 出噪声电压为1.2mV，能满足上述要求，且具有电路简单、失真与噪声低、转换速率高等特 点。即使用作全频带功放也是较佳的选择。S 4 主功放电路笔者在选用这一经典电路时，还在电路中揉进前级二极管隔离供电技术，进一步提高了 大动态突发信号到来时前级电路的驱动能力。图中二极管D1、D2即当此重任。当大动态突 发信号到来时，末级输出管的电流剧增，迫使电源电压瞬间下降，这时由于D1、D2的反向 隔离作用，滤波电容C5、C7上的电压不能突变，仍可基本保持在信号到来前有较高的电压， 故推动级仍能继续提供较高的信号电压和较大的驱动电流，使声音的听感更加强劲有力，后 劲十足，由于大动态的突发信号常出现于低频段，因而该技术的采用对于超低频功放来说尤 其具有重要意义，实际听感也证实了这一点。本电路的直流工作点已由设计确定，其中输入级差分对每管的工作电流为0.9mA，输出 管的静态电流为80mA，工作于AB类状态。为提高输出级静态工作点的热稳定性，在其偏 置电路中采用二极管D3D5和负温度系数热敏电阻R10进行温度补偿，其中R10要贴装 于功放管散热器上，此举对提高功放的热稳定性很有效，末极管的冷、热态静态电流可控制 在3080mA范围内，功放无须热身，一开机便可进入较佳的工作状态，如不采用R10，冷、 热态静态电流变化范围竟达0100mA.若能购得200Q的R10，热稳定性还能进一步提高。3、保护电路戮5 喇叭保护电路超低频功放安装于音箱内，一般是不能随便打开箱体进行维护的，因而电路的可靠性应 视为重中之重。为此，本电路除了在电路设计及调整方面下功夫之外，还为电路设置了多重 简单有效的保护电路。图5所示为中点电位偏移保护和抗开/关机电流冲击保护电路。当输 出点电位偏移±2v时，说明电路已有故障，这时BG1、BG2通过接于功放输出中点（B点） 的电阻R2检测到偏移信号，关闭BG3构成的继电器驱动电路，断开扬声器，使故障不致 恶化，同时也保护了扬声器，电路的抗开/关机冲击噪声功能则通过定时元件R1、C3实现。 本功放电路对称性好，开/关机时产生的冲击噪声虽不大，但作为一种附带功能仍有一定意 义。图中D2为双色发光二极管，它兼有电源指示和故障指示功能，当电源开启时，R4得 电，发光管发绿光，电路有故障或开机后3秒之内继电器断开，R3得电，发光管发橙光。If单隔.q祢无b.oft图6 电撅电骂O+12YO *醐T0 +12V上场T470TJQ M-Q淅在图6所示电源变压器初级引线处，还设有温控保护开关K2和过流保险管F。其中K2 装在功放散热器上，当电路有故障或长时间大电流工作，使散热器温度上升到85时，K2 自动断开，电路停止工作而使输出管得到保护，采用了上述保护措施后可使功放电路的可靠 性大为提高。4、电源电路电路采用了 200W的EI型电源变压器，从而使功放拥有充足的能源，其整流滤波电路有 三组输出电压，其中±39V电压供功放电路使用。其上接有10000uF的大滤波电解电容。土39V 电压经R1、R2降压，D1、D2稳压获得±12V电压供前级频率均衡电路使用，另一组+12V 电压供继电器保护电路使用，由于所用变压器只有一个10V小电流绕组，全波整流后所得 12V电压有时会偏低，带不动继电器，为此滤波电容C1用得较大。故关机时继电器的反应 会稍慢一些，读者制作时，如采用12V的交流电压，增加一只16Q左右的限流电阻R3并 减小c1的值，这一现象便可得到改善。二、元器件选择双运放IC1采用NE5532或TL082均可，功放电路用的三极管要经过筛选配对，其中 BG1-BG4的P值配对误差要3%. BG5与BG6, BG7与BG3, BG9与BG10的。值配对误 差要5%，电位器VR1、VR2均选用日本ALPS牌的，其中VR1为“A”型，VR2为“B ”型， 继电器驱动管FN020为小功率达林顿管，也可用9013等普通小功率管代替，功放电路的小 功率电阻要选用金属膜电阻，以提高电路工作点的稳定性与可靠性，继电器J选用12V5A 双触点的，使用时双触点并联，散热器的结构可自由选择，但重量不宜小于半公斤。温控开 关K2选用启动门限值为85，其形状如大功率三极管。其他元器件的选择无特殊要求，按 图中标注的规格选用即可。三、电路安装图1和图5电路可分别安装在一块万能电路板上，主功放电路可用结构类似的成品电路 板改装，笔者使用的是一块闲置的“八达超级功放”印制板，只要根据电路走向切断或连接几 根铜箔，补钻一些孔，连同±39V整流滤波电路均可安装在该板上。电路的输入莲花座、带宽和音量控制电位器、电源开关、发光管指示灯、电源保险管座 可按图7所示安装在一块双线分音4端子音箱接线盒上，安装时用环氧树脂把原接线端子的 4个孔封上，然后倒过来在另两个阶梯面上打孔安装上述元件。由于交流电源的两个元件也 装在同一块板上，板的面积又较小，要将左边音频部分的元件用薄铁皮屏蔽起来，否则会引 入少量交流声，控制板与电路板的信号连线全部要用屏蔽线，并单端接地，右下边的电源线 孔和莲花插座背后的孔隙要用胶封上，并保证板上每个元件装好后均不漏气，这一点很重要！ 电源变压器和功放板可按图8所示位置安装在音箱底板上。四、电路调整方法频率均衡电路和保护电路只要按电路图安装无误，一般无须调整便可正常工作。功放电 路安装好，且检查无误后，要进行末级静态电流和输出中点零电位调整，方法是：先短路 R11. 在±39V电源输入端各串接一个1A的保险管，然后接通电源，若无异常现象出现，可 用万用表测一下输出中点电压，若在±300mV以下，说明电路安装基本无问题，然后关掉电 源，在R13或R14两端接一万用表，将其拨至0.5V档，再焊开R11的短路点，用300Q左 右的电位器代替R11接入电路，并将电位器调至阻值最小点，重新打开电源，慢慢调大电 位器的阻值，使万用表的指示电压达到11mV，这时末极管的静态电流约为50mA，通电半 小时后，电压表的指示会升高，散热器有温热感，这时再微调一下电位器使电压表指示为 17mv，这时的静态电流约为80mA，BG7、BG8、BG9、BG10基极之间的电压分别为1.95v 和1.1V，末极管的静态电流就调好了。这时再测一下输出中点电压，若在100mV左右，表 明中点电位已在允许范围内，可不必调整，若中点电位达200mV以上，说明输入级差分对 管的P值对称性差，可酌情更换其中的一两只试之，若中点电位仍不能回到允许值内，多换 几次便可。调好后关掉电源，焊下代替R11的电位器，测其阻值，用一只阻值最接近的固 定电阻焊在R11的位置上，调整即告完毕。将各部分的电路连接组合好，就可以放音乐试 听了，如一切正常，按要求将各部分电路板装入音箱，一台调控自如，性能优良的有源超低 频音箱，便可加盟您的AV系统，忠心耿耿地为您服务了。