【经验分享】数字功放电路设计
在很多个人计算机或小家电音响数字功放设计中，电源部分由市电经整流、滤波和稳压电路等处理后供给，电路复杂，而且体积大而重。本方案音响功放采用了SWITCH-MODE POWER SUPPLY，使得供电变的简单灵活更实用，且低成本，低功耗，体积小，效率高，设计灵活使用方便的数字功率放大技术。
1、方案设计
图1是功放电路原理图，功能模块上主要有：供电部分，信号输入部分、信号处理功率放大部分、输出部分最后由扬声器或喇叭输出的解决方案。为实现上述目的，本方案提出用9v或1 2 V直流稳压电源即通用的S W I T C H-MODE POWER SUPPLY供电。输入端是直接从数码信号源如PC音频输出端、CD唱机、DVD影碟机、DVD Audio以及LCD或DTV数码电视等输入的数码音频信号，而不是经过ADC模数转换或DAC数模转换处理的音乐模拟信号。所述功率放大电路主要由，供电电路、信号输入、功放IC处理以及信号输出组成。
输出部分由扬声器或喇叭组成。本方案所要达到的效果是：通过电路分析信号输入与数字音源的无缝结合、能有效降低信号间传递干扰，由于采用无负反馈的放大电路、低通滤波器等处理，可以将输出滤波器的截止频率设计得较高，从而保证在20Hz-20kHz内得到平坦的幅频特性和很好的相频特性，使得整个频段内无相对相移，声场定位准确。另外，由于它不需传统音响功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的“动力”特征，即"动态特性"好。除此之外，如附图2所示：LC滤波器的差分实现，它们为滤波器提供相反极性的脉冲，其中滤波器包含两个电感器、两个电容器和扬声器。
2、具体实施方式及应用
如附图1所示：本方案的音响功放的信号流向如下所述：右声道信号（SP_IN_R）由R5，C2的RC串联电路送入功放IC的RINP脚，经IC处理一路由BSRP脚输出给由C13，L2，C17组成的LC低通滤波电路，最后输出给终端SP_OUT_R+；另一路由BSRN脚输出给由C16，L3，C18组成的LC低通滤波电路，最后输出给终端SP_OUT_R-;右声道地信号由RINN脚进入。左声道信号（SP_IN_L）由R6，C4的RC串联电路送入功放IC的LINP脚，经IC处理一路由BSLP脚输出给由C6，L6，C10组成的LC低通滤波电路，最后输出给终端SP_OUT_-；另一路由BSLN脚输出给由C9，L7，C11组成的LC低通滤波电路，最后输出给终端SP_OUT_L+;右声道地信号由RINN脚进入。图2是功放的低通滤波器电路图。
在输出级和扬声器之间插入一个低通滤波器以将电磁干扰（EMI）减至最小，并且避免以太多的高频能量驱动扬声器。为了保持开关输出级的功耗优点，要求该滤波器（见图1）是无损的（或接近于无损）。低通滤波器通常采用电容器和电感器，只有扬声器是耗能元件。
3、结语
本方案音响功放创新的采用了SWITCH-MODE POWER SUPPLY，使得供电变的简单灵活更实用。更为重要的是成功实现了用一块芯片就实现了将数字信号源与数字处理直接结合起来提供端到端数字音频系统。简化了电路设计，容易实现。
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专业功放的维修方法及步骤
1．打开机壳别通电左右主板看一遍
为了避免故障机通电造成二次损坏，维修时，不要先通电试机。打开机壳详细查看一下左、右声道主功放板，看是否有管子炸裂、电阻烧焦、保险管烧黑等明显损坏。
2．在路测量功率管大管是否有击穿
如果从表面上查看左、右主板无明显损坏，可用指针式万用表Rx1挡在路测量大功率管的集电极与发射极之间是否有短路击穿现象。NPN -侧用黑表笔接集电极，红表笔接发射极，PNP -侧交换表笔测量。正常时应是阻值无限大，表针不摆动。如果机内电容还有存电，表针闪动后会回到原位。如果表针指示阻值为0Ω或阻值很小，说明功率管有击穿现象。一般只要一侧功率管有击穿，另一侧功率管很可能也有击穿。在路测量三极管的三只引脚之间的电阻是检查电路的基本方法，从而不必拆下管子大体判断是否击穿和开路。用MF47型万用表Rx1挡在路测量大中小功率管的脚间电阻，正常管子测量结果如下：正向测量，大功率管Rbe≈12Ω、Rbc ≈12Ω、Rce=∞(不导通）；中功率管Rbe≈15Ω、Rbc≈15Ω,、Rce=∞:小功率管Rbe≈20Ω，Rbc≈20Ω、Rce=∞；反向测量，均不导通。场效应功率管在路测量除漏极与源极反向测量内部二极管导通外，其余各脚之间应均不导通。
3．所有大管无击穿通电用耳听其间
如果经检查没有发现功率管有击穿现象，可通电试机。开机后用心听机内声音，专业功放一般都设置有保护续电器， 而且是每个声道一个，继电器吸合时会发出清脆的“叭嗒”声。有两次响声说明两个继电器都已经吸合，两路主功放电路基本正常，故障可能在外围输入与输出保护 电路。如果听不出是两个还是一个继电器有动作，可用手指按住继电器后开机。继电器吸合手指会有振动感。如果继电器在延迟几十秒后都不吸合，说明主功放电路 有故障。
4．大管不会全击穿射极电阻拆一端
如果功率管有击穿现象，而且所有管子测量结果都一样。此时不要一个个都拆，因为一侧的功率管全是并联关系，只要有一个击穿就会形成这样的测量结果。在实际维修中发现，一般都是个别管子击穿。把所有功率管发射极的陶瓷电阻脱开一端，再测量集电极与发射极电阻，击穿的管子就会暴露出来。这样便可只拆除坏管，省去功率管全部拆卸的麻烦和避免对印刷电路板的损坏。
5．查出坏管查周边三脚外围遭牵连
功率管一旦击穿，其三个极间就会完全导通，电源电压直通输出中点时必然要烧断发射极0.25Ω/5W的陶瓷电阻，如果该电阻没被烧断，就一定有别的地方出现开路现象，如保险管烧断或印刷板的铜箔熔断等。与功率管发射极相连的过流保护取样放大管功率管击穿，与基极连接的推动管击穿，上下推动管发射极电阻必然随之烧断。当上下推动管击穿后，恒压偏置管的损坏就很 难避免。在G类放大电路中，输出功率管的击穿多发生在强信号输出状态，这时，高压供电已经启动，作为高压供电开关的功率管或场效应管将会与输出功率管同时损坏。
6．脱开电阻暂不焊安全供电细查验
更换所有坏件后，不要急于恢复功率管发射极的陶瓷电阻脱开那一端。如果有功放维修电源，便可放心通电检查。如果没有类似的安全电源，使用原机正负电源时，可用两只100w灯泡分别串接在功放主板的正、负供电电路上。 100W灯泡的热态电阻是484Ω，正常功放主板的静态电流仅几十毫安，灯泡不会亮。如果电路中仍有严重短路故障，灯泡会发光，灯丝电阻将起到保护作用，防止电路再次损坏。对于具有两组供电电压的G类功放电路，供电要接在低压供电端，供电后对电路的关键点电压进行测量。
7．电压检查两关键大管偏置和中点
专业功放都属于甲乙类功率放大器，功率管偏置电压在0.3V—0.5V之间。通电测试不安装功率管脱开的发射极电阻，是为了防止偏置过高，集电极电流过大而影响测量。如果原电路两只推动管发射极只使用一个电阻，不与输出中点连接，当所有功率管发射极电阻脱开后，输出中点等于悬空，输入端失去直流负反馈，不能 对输出中点电压进行伺服控制。因此，需要在两只推动管的发射极与输出中点之间各接一只30Ω,的电阻或正向各接一只二极管。如果原电路中两只推动管的发射极各有一只电阻与中点连接，则可不再加电阻或二极管。这时，测量功率管基极对输出中点的电压应该是±0.3V~±0.5V。采用场效应功率管的功放，栅极对输出中点的电压应小于1.2V。输出中点对输入地的电压应该是0v，对于像QSc系列功放之类采用集电极接地的电路，其输出中点是电源主电解电容交汇处的悬浮地，功率管偏置电压是测量基极与电源之间的电压。这两个关键点电压正常后，方可把功率管发射极电阻脱开的一端按原位焊好，并拆除外加的电阻或二极管。
8．偏置中点全过关先静后动保安全
在安装好整个电路后，仍然使用维修电源或正负供电串联灯泡的方法给主功放板供电，进行全恢复后的测试检查，检查重点仍然是功率管偏置和中点电压。这时，可直接测量功率管b、e结电压，0.5v以下均为正常。场效应管偏置应不大干正负1.2V。中点电压只要不超过正负0.25V，而且无忽大忽小的波动，便说明静态是正常的。这时，可拆除维修电源或串联的灯泡，接入原机正负电源，接上音箱并输入音乐信号，进行动态试机。由小到大缓慢调整音量，大音量试机后，触摸功率管表面略有温升，说明维修圆满成功。
9．大管偏置不在 限 偏置电路是重点
在进行第7步关键电压测量时，如果功率管基极与输出中点的电压超过0.5v的界限， 说明偏置电压过高。其原因，一是更换的恒压偏置管与原来的管子参数偏差太大，二是偏置管基极的上偏置电阻开路或变大。如果检查偏置管和电阻没问题，可调整与偏置管基极连接的可调电阻，将功率管基极与中点的电压降到0.5v以下。如果电路中没有可调电阻，可先在上偏置电阻两端并联一只相同阻值的电阻，然后根据并联后的测量结果适当调整并联电阻的大小。若测得功率管基极与输出中点的电压是0V，则可通过测量偏置管c、e极间电压判断故障所在。正常时，偏置管的c、e极间电压是2V左右。有此电压说明推动管没导通，故障在推动级；无此电压，一是偏置管击穿，二是偏置管基极下偏置电阻开路，偏置管饱和导通。若偏置管与其偏置电阻无问题，说明故障在前边电路，应查电压放大级和差分输入级。采用运算放大器为输入级的功放，故障在电压放大电路。如果出现反偏现象，NPN 功率管的基极是负压或PNP管基极是正压，说明输出中点严重偏移，待中点电压正常后，再重新测量和调整。
10．中点出现正负电从后向前查一遍
如果中点出现较高的正负电压，则功放维修最困难。因为功放各级电路全是直接耦合，前后又有直流反馈，浑然一体，互相影响。坏件又已全换，维修进入困局。要在功率管发射极电阻仍然脱开时进行中点偏移的检修．是为了排除功率管对中点的影响，缩小故障范围。尽管功率管与中点完全脱开，可推动级发射极电阻的存在（后加电阻或二极管），使中点与反向输入端的直流负反馈仍然起作用。中点出现正负直流电压，说明中点偏移较大，超过负反馈的控制范围。用数字表测量，会发现两只推动管的b-e结电压不对称：当中点有正电压时，正电源一侧的推动管偏置大于另一侧；如果中点有负电压，则负电源一例的推动管偏置高。两只推动管基极之间的电压被偏置管固定在2.2V．如果某一只推动管偏置过高，另一只管子就会处于截止状态，这时，输出中点就变成或正或负的电源电压。如果两只推动管b-e结电压一样，但中点偏移明显，多是两只推动管直流放大倍数相差太大，应拆下配对更换。如果两只管b-e结电压不对称，则是前两级电路故障。而差分电路与电压放大级部分的小管子性能不好是很难用万用表检查 的，可全部拆除，用新管配对更换。换管前，要先拆下电压放大管基极与集电极之间的补偿电容，用指针表Rx10k挡测量一下，因为这两只电容漏电的情况时有发生。采用运算放大器输入的电路，可测量输出脚是否有直流电压。有直流电压时要测量其正反相输入端电压，正常情况下，这三只引脚电压都是0V。如果输入端 有电压，则可能是前边电路故障；如果拔掉音频输入插头，还有直流电压，则是IC本身故障。反馈脚有电压，可将输出中点接地端，如果三只引脚中仍然有直流电压，则是运算放大器故障，应更换此IC。此处NE5532和JRC4.558双运放使用最多，IRC4558没有NE5532名气大，但二者可互换。
小知识：在功放电路中，三极管的b、e结静态电压有四种：大功率输出管的b-e结电压在0.3V-0.5V之间，属于所谓的甲乙类状态；差分输入、恒流源。镜流源、电压放大、恒压偏置、电流放大各级管子b-e结电压均在0.6V以上，处于甲类状态；过流保护、G类电压切换的管予b-e结电压电压是0V，处于截止状态；保护继电器驱动电路的管b-e结电压在0.7V左右，处于饱和状态。
11．没有图纸维修难上下左右对照干
遇到电路相对复杂的功放，如果没有维修资料和图纸，维修很难下手。而专业功放的双声道结构给维修提供了方便之门。一般功放很少有两个声道同时坏的，只要有一个声道出故障，用户就会停止使用，因而另一个声道有幸保持良好状态，这为维修提供了参考依据。因为两个声道电路结构完全一样，电路板布局也大同小异，元件顺序编号也有一定规律可循，有的功放两块电路板甚至完全一样。两块板子比照着维修，就是左右对比法 。很多功放采用全对称OCL电路，除差分电路外，其后边的电路是上下对称关系，管子极性相反，阻容大小一样，这给维修提供了参考依据，这叫上下对比法 。在路电阻对比时，要使用指针式万用表，将表设置在 Rx1k挡，红表笔固定在扬声器输出负端接线柱上，从功率管开始一左一右地测量。相同阻值不要管，不同阻值出现时，离故障点就可能不远了。电压测量对比时，要使用数字表，黑表笔接输出负端，红笔一左一右测量。左右对比电压应一样，上下对比电压一正一负。测量重点是：输出中点、功率管基极、推动管基极（找中功率管）、电压放大级发射极（测靠在散热片上的偏置管集电极和发射极）、差分管基极（在音频输入插座附近找）。因OCL电路是全直流耦合，一点出故障会造成整个电路电压异常。电压对比要与电路分析结合，才能找到故障点；电阻测量对比较直观，适合故障元件查找。
12．特型管子不多见常备管子应急换
在维修一些早期产品或进口机型时，常遇到特殊型号的大、中、小功率三极管，若需要更换时没有该型号的配件，就需要应急代换。在专业功放维修中，主要强调的参数是集电极电流、耗散功率和耐压。常搞功放维修的，应储备几种管子，以便随时代换。在小功率稳压管中．5551 和5401可代换差分放大和电压放大电路中的管子，这对管子耐压高达160V，比其他型号配对管子的耐压高。在近年的功放产品中，几乎全都使用这对管子。其基极在中间脚，代换基极在右脚的管子时，将三只引脚弯曲交叉即可。中功率管中，2SC2073、2SA940和2SD669、2SB649两对管子为首选，耐压150V，集电极电流1.5A．耗散功率25W。这两对管子一对基极在左边，一对基极在右边。有这两对管子作备件，便可代换其他型号的中功率管。大功率管分1 00W、150W、200W三个档次。推荐使用C5198/A1941、C5200/A1943、C3858/A1494三对管子。其中，C5200、 A1943是三对管子中耐压最高的，也是目前专业功放新产品中普遍使用的功率管。早期产品中，使用金封功率管的，也可用上述管子应急代换。三只引脚套上绝缘管，利用原散热片上的安装孔，加云母片固定，用引线连接三只脚。G类功放作电源切换管使用的场效应管，应选择耐压300V，电流30A的。如果原电路使用的是不同极性的管子，P沟道管不好配对时，可用IRF640、9640配对并联代换。
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