80年代以前，輸出功率僅幾瓦的聲頻功率放大器都要采用分立元件來制作。進(jìn)入80年代后，國內(nèi)開始研制生產(chǎn)出一些小功率的功放IC，但由于這些功放IC的性能指標(biāo)不佳，尤其是可靠性比較差，很快就被國外生產(chǎn)的功放IC所取代。日本生產(chǎn)的HA1392、TA7240曾經(jīng)是80年代用得非常普遍的功放IC。HA1392與TA7240的輸出功率都只有4W ~ 6W。HA1392的工作頻率上限較低，電源極性接反就即刻損壞。TA7240的外圍電路設(shè)計難度較大，靜音控制易受外界干擾而產(chǎn)生誤動作。意法SGS公司在80年代初開發(fā)生產(chǎn)的TDA2030A算是比較好的一款功放IC，它的輸出功率能夠達(dá)到12W以上。盡管SGS公司在TDA2030A基礎(chǔ)上又研制出TDA2040、TDA2050功放IC，使輸出功率能夠達(dá)到24W，但由于它們的電源適用范圍只有±22V，如果使用未經(jīng)穩(wěn)壓的整流濾波直流電供電，它們實(shí)際上都只能給4Ω負(fù)載輸出12W功率。美國NS公司在80年代開發(fā)生產(chǎn)的LM1875功放IC，比SGS公司生產(chǎn)的TDA2030A功放IC輸出功率高出一倍，原因就在于它的電源適用范圍可以達(dá)到±30V。如果使用穩(wěn)壓直流電供電，TDA2030A與LM1875實(shí)際上都能在±18V供電條件下給4Ω負(fù)載輸出24W正弦波有效功率。而且提高供電電壓，除了使LM1875在更低的輸出功率下發(fā)生功耗過載保護(hù)動作外，并不能增大輸出功率。作為早期開發(fā)的功放器件，TDA2030A與LM1875都沒有靜音控制功能，對電源紋波的抑制能力也不夠強(qiáng)。荷蘭菲利普公司在意法SGS公司推出TDA2030A之后不久，也開發(fā)生產(chǎn)出一款性能指標(biāo)類同的TDA1521Q雙功放IC。該款功放IC的電源適用范圍也是±22V，能夠同時給兩個4Ω負(fù)載分別輸出12W功率。由于TDA1521Q已把決定放大倍率的負(fù)反饋電路做在IC內(nèi)部，使用上相對比較簡便。此后，菏蘭菲利普公司又推出一款型號為TDA1514A的高性能功放IC，產(chǎn)品介紹資料上稱它能夠輸出40W的功率。但是，實(shí)際的使用實(shí)驗(yàn)證明：在使用穩(wěn)壓直流電源供電的情況下，TDA1514A能夠可靠工作的電源電壓只到±18V，給4Ω負(fù)載輸出的正弦波有效功率為24W。如果將電源電壓提高到±20V以上電壓，TDA1514A將出現(xiàn)過載保護(hù)動作，而且所進(jìn)行的過載保護(hù)動作表現(xiàn)為半波截止輸出。這樣，人們只能把TDA1514A的工作電壓設(shè)計為與LM1875相同的工作電壓。
在90年代以前，電子器件生產(chǎn)廠商提供的功放IC輸出功率實(shí)際都在30W以下。在經(jīng)過10多年的努力后，美國NS公司和意法SGS公司都在90年代期間相繼開發(fā)生產(chǎn)出多款輸出功率超過30W的功放IC芯片。其中，LM3876、LM3886是美國NS公司的代表作，TDA7294、TDA7295、TDA7296是意法SGS公司的代表作。這些功放IC芯片都具有很小的安裝體積和多項(xiàng)安全保護(hù)功能，使用上很可靠。但同時也正因?yàn)楣Ψ臝C芯片需要有很可靠的過熱、過流、過壓、過功耗等多項(xiàng)安全保護(hù)功能，生產(chǎn)廠家在設(shè)計IC芯片的內(nèi)部保護(hù)電路時，可能會因?yàn)樗扇〉臋z測方式過于敏感或欠成熟，出現(xiàn)一些不夠良好的問題。生產(chǎn)廠家沒有在其產(chǎn)品介紹說明中將這些缺陷寫出來，固然有可能是不希望自己的產(chǎn)品銷售受到影響，但更多的原因是他們自己也未必發(fā)現(xiàn)了這些缺陷，而需要用戶在使用過程中將發(fā)現(xiàn)的問題反饋給生產(chǎn)廠家，他們再去改進(jìn)開發(fā)新的器件。譬如，美國NS公司的音響工程師曾給我推薦使用他們生產(chǎn)的功放IC，其中有一款型號為LM4701（樣品型號為LM4700），該款功放IC據(jù)說是替代LM1875的器件，它具有靜音控制功能，輸出功率比LM1875高。但實(shí)際的使用證明：LM4701在推動4Ω負(fù)載時能夠正常工作，不出現(xiàn)誤保護(hù)動作的電源電壓不可以超過±20V，最大輸出功率只有20W。如果電源電壓超過±20V，譬如為±22V時，輸出功率不但不會增大，100Hz以下低聲頻段能夠正常輸出的功率會降低到只有10W。雖然在±26V穩(wěn)壓電源供電下，LM4701可以給8Ω負(fù)載輸出25W功率，但因其電源實(shí)用范圍只有±32V，在使用非穩(wěn)壓直流電源供電情況下，LM4701可以給8Ω負(fù)載輸出的功率還達(dá)不到20W。又譬如，意法SGS公司生產(chǎn)的TDA7264雙功放IC，產(chǎn)品介紹資料中標(biāo)明它的最高工作電壓為±25V，最大輸出電流為4A，比TDA2030A的性能指標(biāo)（最高工作電壓為±22V，最大輸出電流為3.5A）要高。但實(shí)際的使用證明：TDA7264在推動4Ω負(fù)載時，能夠可靠工作，不出現(xiàn)誤保護(hù)作的電源電壓不可以超過±15V，相應(yīng)的輸出功率只有2×12W。此外，TDA7264工作時器件上的發(fā)熱溫度（測試點(diǎn)放在IC金屬片上）應(yīng)保持在70℃以下。否則， TDA7264的內(nèi)部過熱保護(hù)電路會因?yàn)镮C在較高的發(fā)熱溫度下工作產(chǎn)生累積效應(yīng)，在連續(xù)工作30分鐘后出現(xiàn)“軟保護(hù)”而使其能夠輸出的功率降低到正常值的1/4以下。本來，理想的過熱保護(hù)功能應(yīng)該是在功放IC的發(fā)熱溫度達(dá)到最高允許值時關(guān)斷輸出，待其溫度冷卻至比最高允許值低若干度時重新恢復(fù)輸出。TDA7264工作之后，發(fā)熱溫度在短時間內(nèi)達(dá)到110℃也沒有出現(xiàn)過熱保護(hù)，工作情況良好，人們會因此誤認(rèn)為TDA7264具有很好的溫度特性而降低對它的散熱要求。美國NS公司在80年代生產(chǎn)的LM1875功放IC雖然沒有靜音功能，但其內(nèi)部設(shè)計的過熱保護(hù)功能已接近理想要求，因此直到如今還繼續(xù)被音響生產(chǎn)廠大量選用。但是美國NS公司在90年代生產(chǎn)的LM3875、LM3886大功率功放IC，在過熱保護(hù)功能方面的表現(xiàn)卻很令人失望！尤其是采用陶瓷絕緣封裝的功放IC，因其導(dǎo)熱狀況不佳，LM3875在推動4Ω負(fù)載時，連10W以上的正弦波額定功率都不能連續(xù)
輸出。就是改成8Ω負(fù)載，陶瓷絕緣封裝的LM3875能夠正常輸出30W正弦波額定功率的時間也僅能維持幾秒鐘就開始出現(xiàn)雜波。同樣，陶瓷絕緣封裝的LM3876，在推動4Ω負(fù)載時能夠正常輸出40W正弦波額定功率的時間也只能維持幾秒鐘就開始出現(xiàn)雜波。必須使用金屬片導(dǎo)熱的封裝器件，并保持功放IC金屬片上的發(fā)熱溫度不超過85℃，LM3875（或LM3876）、LM3886才能分別給4Ω負(fù)載正常的長期輸出30W與50W正弦波額定功率。因此，人們在使用LM3875、LM3886等功放IC器件時，一定要給它們配上足夠大的散熱器。同時，用于給功放IC金屬片絕緣的導(dǎo)熱片厚度應(yīng)盡可能薄，不要超過0.3mm，這樣才能確保功放IC與散熱器之間的溫差只有幾度。
意法SGS公司在80年代生產(chǎn)的TDA2030A功放IC，在過熱保護(hù)方面的表現(xiàn)比美國NS公司生產(chǎn)的LM1875略差，它的特點(diǎn)就是當(dāng)功放IC金屬片上的發(fā)熱溫度超過105℃時輸出信號波形上將出現(xiàn)雜波。而LM1875功放IC在發(fā)熱溫度低于最高允許值時，輸出信號波形始終保持正常。只有當(dāng)IC金屬片上的發(fā)熱溫度達(dá)到115℃后，LM1875功放IC才關(guān)斷輸出。TDA2030A功放IC金屬片上的發(fā)熱溫度也是要達(dá)到115℃后才關(guān)斷輸出，所以它有一個不穩(wěn)定工作的溫度段，好在這個溫度段已經(jīng)是很高的溫度，對使用沒有明顯的影響。令人感到欣慰的是，意法SGS公司在90年代推出的TDA7296、TDA7295、TDA7294幾款實(shí)際輸出功率都能達(dá)到50W的功放IC，在過熱保護(hù)方面的表現(xiàn)已經(jīng)做得非常良好。它們在功放IC的發(fā)熱溫度低于最高允許值時，輸出信號波形都始終保持正常良好。必須在功放IC金屬片上的發(fā)熱溫度達(dá)到115℃之后，它們才關(guān)斷輸出。相對于其它大功率放大IC來說，意法SGS公司生產(chǎn)的TDA7296、TDA7295、TDA7294確實(shí)是其中的佼佼者。
《電子制作》在2000年第7、8兩期連續(xù)刊登了我設(shè)計的“200W電子三分頻高品質(zhì)有源音響”后，許多愛好者來信詢問為什么沒有給它設(shè)計音量調(diào)節(jié)電路。其實(shí)，我在推出200W、50W、18W系列電子三分頻高品質(zhì)有源音響之時，已經(jīng)設(shè)計了可供它們通用的音量調(diào)節(jié)電路。我之所以沒有馬上將其介紹給大家，原因是需要進(jìn)行反復(fù)地仔細(xì)研究后，才可以把最佳的作品提供給愛好者去仿做。 對音響電路有過研究的人，大都知道TA8184、LM1036、TDA1524這些專用于音量控制的直流音調(diào)IC。其中，TA8184的性能指標(biāo)最好。LM1036的音質(zhì)也不錯，但它的左右聲道平衡不夠好、相差可能超過2db。LM4016 是LM1036的升級品，增加了3D環(huán)繞聲處理功能。TDA1524的音質(zhì)不佳，聽感上明顯單薄，人們一般不選用它。由于這些直流音調(diào)IC帶有高低音調(diào)節(jié)功能，它們的輸出信號峰峰值雖然可以達(dá)到8V，但輸入信號的峰峰值最大只允許達(dá)到3V。然而從CD機(jī)輸出的音頻信號，除小型攜帶機(jī)外，一般都可以輸出超過6V峰峰值的音頻信號。現(xiàn)代錄制的CD音樂節(jié)目都頻繁出現(xiàn)超過4V峰峰值的音頻信號，當(dāng)把CD機(jī)輸出的音頻信號直接輸入這些直流音調(diào)IC中時，幅度稍大的信號就要出現(xiàn)削波。為了防止信號削波，必須先將信號源輸出的音頻信號衰減10db才能輸入到直流音調(diào)IC中，然后再對直流音調(diào)IC輸出的信號進(jìn)行相應(yīng)的放大，結(jié)果是使整機(jī)信噪比下降了10db。以TA8184和LM1036來說，它們自身的信噪比在電路設(shè)計達(dá)到最佳時也只有80db，在經(jīng)過上述先衰減再放大的處理后，整機(jī)的信噪比最多只能達(dá)到70db。這樣的性能指標(biāo)，顯然達(dá)不到高品質(zhì)音響系統(tǒng)的要求。就是對音質(zhì)要求較低的多媒體音響系統(tǒng)，由于經(jīng)常播放幅度大的低音信號，如果不采取先衰減再放大的處理方式，也不宜使用這些曾在上個世紀(jì)80年代風(fēng)光過的直流音調(diào)IC了。
在高品質(zhì)音響系統(tǒng)中，音量調(diào)節(jié)是很重要的環(huán)節(jié)。當(dāng)音頻放大器的信噪比已經(jīng)做到90db以上時，音量調(diào)節(jié)器的信噪比如果不夠高，整體的播放效果就會受到明顯損害。普通電位器由于電阻膜片的空間面積比較大，很容易產(chǎn)生外部感應(yīng)噪聲。當(dāng)把電位器旋到兩端時，電位器產(chǎn)生的感應(yīng)噪聲較小。當(dāng)把電位器旋到中間常用位置上時，電位器產(chǎn)生的感應(yīng)噪聲最大。實(shí)驗(yàn)證明，使用普通電位器做音量調(diào)節(jié)，在把電位器全部屏蔽起來，直接把信號源輸出的音頻信號加到電位器上時，整機(jī)的信噪比僅能夠達(dá)到60db左右。要想降低電位器產(chǎn)生的外部感應(yīng)噪聲，只能使用低噪聲放大電路將信號源輸出的音頻信號先放大10倍后，再將它加到電位器上。這樣做的難點(diǎn)是前置低噪聲放大電路需要使用較高的工作電壓，必須超過±40V，才能在不發(fā)生信號被削波的情況下提高整機(jī)信噪比。由于加在電位器上的音頻信號幅度被放大了10倍，在電位器上產(chǎn)生的熱損耗也將增大100倍，因此不能再使用普通碳膜電位器，必須改用由若干個金屬膜電阻串聯(lián)構(gòu)成的有級非連續(xù)調(diào)節(jié)的特制電位器來調(diào)節(jié)音量。這種特制電位器產(chǎn)生的熱噪聲比普通碳膜電位器產(chǎn)生的熱噪聲要低得多，價格也要貴得很多。許多高品質(zhì)音響系統(tǒng)常采用這種方式來調(diào)節(jié)音量，但既便如此，整機(jī)的信噪比也僅能夠達(dá)到85db左右，很少能夠超過90db。所幸的是，在上個世紀(jì)90年代后期，國外已經(jīng)有多家電子公司生產(chǎn)出新一代的音量調(diào)節(jié)專用IC。其特點(diǎn)是將一系列微型電阻串聯(lián)集成在IC內(nèi)部，通過集成在IC內(nèi)部的數(shù)字電路控制電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)切換。由于
集成在IC內(nèi)部的微型電阻體積非常小，幾乎不會產(chǎn)生外部感應(yīng)噪聲，這些音量調(diào)節(jié)專用IC的信噪比都能達(dá)到90db以上，非線性失真不大于0.01%，輸入、輸出信號的峰峰值都允許達(dá)到電源電壓值。以典型的音量調(diào)節(jié)專用IC芯片TC9235或SC9153來說，工作電壓取為單9V或雙±5V時，輸入、輸出信號的最大峰峰值可達(dá)到9.3V或10.3V，信噪比可達(dá)到100db，它們顯然是性能良好的音量調(diào)節(jié)器件。 有了性能良好的新一代音量調(diào)節(jié)專用IC，人們只要按照生產(chǎn)廠商提供的應(yīng)用電路進(jìn)行設(shè)計排板，就可以制作出適合高品質(zhì)音響系統(tǒng)使用的音量調(diào)節(jié)器了。但是，要把它制作成一個完善的音量調(diào)節(jié)器，人們還需要把紅外遙控電路和音源切換電路也增加上去。
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