基于LM3886TF的纯直流电流负反馈功率放大电路设计

2017-03-16 70 0

LM3886TF 是美国国家半导体公司(National Semiconductor,NS)推出的大功率音频放大集成电路,其型号后缀 TF 表示全绝缘封装。相较于 LM1875T,该器件在额定工作电压下可于 4Ω 负载输出最高 68 W 的连续不失真平均功率,同时集成完善的过压、过流及过热保护功能,并具备开机及关机瞬间的电流冲击抑制能力,可显著降低输出级对扬声器的冲击风险。凭借上述特性,LM3886 近年来在功率放大器设计中被广泛采用,既可作为成品功放的末级放大单元,也可用于超重低音放大电路。

本设计以前置级与功率级一体化架构为出发点:放大部分选用 LM3886TF,前置线性放大与音调控制分别由双运放 NE5532 或 AD827 担任。其主要技术特点包括:连续输出功率 68 W、总谐波失真加噪声低于 0.03%、保护功能齐全(过压保护、过热保护、电流限制、温度限制、开关机扬声器冲击保护及静噪),外围元器件数量少、调试简便、工作稳定可靠,兼顾了制作简易性与实用性的要求。

器件主要电气参数如下:在 VCC=VEE=28 V、4Ω 负载条件下,可输出 68 W 连续平均功率;在 VCC=VEE=35 V、8Ω 负载条件下,可输出 50 W 平均功率。允许电源电压范围(VCC+VEE)为 20 V~94 V;在 60 W 输出、20 Hz 至 20 kHz 频带、闭环增益 AV=26 dB 条件下,总谐波失真加噪声为 0.03%。转换速率(SLEW RATE)在输入 VIN=2.0 Vp-p、上升时间 tRISE=2 ns 时为 19 V/μs;静态电流约 50 mA;输入偏置电流约 0.2 μA;增益带宽乘积为 8 MHz。

就功放放音品质而言,除器件选型与电路设计外,印刷电路板(PCB)的布线质量同样至关重要。布线不合理时,再优良的电路与元器件也难以发挥应有性能;对音响爱好者而言,交流哼声与声道串音均不可接受。因此,本板在设计阶段参考了多家知名半导体厂商推荐应用电路的 PCB 布局,力求在音量电位器开至最大、扬声器贴近耳边的条件下仍无交流哼声,并将声道间串扰降至最低。

电路采用前后级合并的一体化设计。电源与输出回路等大电流路径的铜箔宽度适当加宽,并预留焊盘以便通过加厚焊锡进一步降低铜箔电阻;元器件排列经优化后较此前样板更为合理紧凑。为保障扬声器安全,增设稳定可靠的扬声器保护电路,继电器选用日本欧姆龙(OMRON)产品。接地采用合理策略:前后级独立走线,左右声道功放 IC 接地分离后统一星形接地。尽管前后级合并于同一块 PCB,布线时仍充分考虑了前后级电气隔离,在前置级与大电流功放末级之间以多条独立地线分隔,从而将电磁干扰抑制到最低,该效果亦在试听中得到了验证。

样机试听:组装完成后,经核对电路无误,连接电源、信号线与扬声器(注意端子极性)。闲置(不放音)状态下将音量电位器开大并以耳贴近扬声器,实测无交流哼声,集成电路自有底噪极低,稍远即不可闻,证明前后级分离走线与接地点设计有效抑制了串联干扰。开始放音后,由高速运放 AD827 与 LM3886 配合,人声的唇齿气息清晰可辨,空气感逼真,高频与低频延伸均优于 NE5532。分析认为,这得益于两级电路较高的转换速率,两者协同所呈现的整体性能较为理想。

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