汽車功放電路設(shè)計(jì)解析—電路圖天天讀（281）

　　功放的作用就是把來自音源或前級(jí)放大器的弱信號(hào)放大，以推動(dòng)揚(yáng)聲器放聲。一套良好的音響系統(tǒng)功放的作用功不可沒。

　　功放作為各類音響器材中的大塊頭，它主要是將音源器材輸入的較弱信號(hào)進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動(dòng)態(tài)以及不同的使用范圍和控制調(diào)節(jié)功能，不同的功放在內(nèi)部的信號(hào)處理、線路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上也不盡相同。

　　汽車功放電路圖

圖1 汽車功放電路圖

　　汽車音響系統(tǒng)跟家用音響一樣，使用功率放大器才能使整個(gè)系統(tǒng)完整。如果是剛接觸汽車音響的人，對(duì)于在汽車中也安裝功率放大器，甚至是安裝多個(gè)功率放大器，可能會(huì)覺得不可思議。這個(gè)要從汽車自身來講開，因?yàn)槠嚨碾娫措妷阂话阒挥?4.4V，功率（P）＝電壓（U）x電流（I），最多能達(dá)到4x55W。如果只用主機(jī)自身的功率放大器，只能推動(dòng)功率小的揚(yáng)聲器，而且音量開大就會(huì)失真，聲音聽起來生硬，缺乏彈性。人耳聽覺是有限度的，其下限比所能聽到的音量上限還要少，這個(gè)可解釋為何聲音在一開始時(shí)感覺比較強(qiáng)烈，慢慢會(huì)覺得微弱下去。要讓任何聲音達(dá)到最逼真的狀態(tài)，對(duì)于目前技術(shù)還無法解決。擋風(fēng)玻璃，內(nèi)裝飾，發(fā)動(dòng)機(jī)以及車底盤和輪胎在路面行駛時(shí)所發(fā)出的噪音，對(duì)聆聽環(huán)境造成不可忽視的影響。只能加裝功率放大器，才能解決低聲壓級(jí)和后級(jí)功率不足的缺陷，來重播音樂的全部信息。如果車用功率放大器內(nèi)部使用逆變電源，將電源電壓提高到40V左右，功率也會(huì)隨之得到提高，這樣便可推動(dòng)大功率揚(yáng)聲器。由于儲(chǔ)備功率加大，提高音量就不會(huì)產(chǎn)生失真，音質(zhì)有力且富有彈性。尤其在推動(dòng)大尺寸的低音揚(yáng)聲器時(shí)，低音區(qū)更加延伸，聲音變得豐滿，這樣這個(gè)難題就能迎刃而解。

　　實(shí)際上功放是高保真地還原音頻信號(hào)。我們來打個(gè)簡(jiǎn)單的比方，其實(shí)功放就好比復(fù)印機(jī)工作。為何要把這兩個(gè)風(fēng)馬不相及的概念扯在一塊，聽我仔細(xì)一一道來。它們的實(shí)質(zhì)作用都是復(fù)制某物，正如復(fù)印機(jī)可以把較小的紙張復(fù)印成較大的紙張。假如你去復(fù)印A4的紙張?jiān)?，那么你除了可以得到A4紙張的復(fù)印件，還可以得到A3或A1，甚至更大的紙張，新的復(fù)印件其實(shí)就是就是原件的放大版，這個(gè)你自己根據(jù)需要可以去控制調(diào)節(jié)。功放酷似復(fù)印機(jī)，復(fù)印件并非本源的原件。經(jīng)過功放加工的信號(hào)就是原音頻的還原加強(qiáng)版，音量比源音頻輸入要大。它改變的只是音頻輸入的音量，而音色并無改變。如果它的音色也改變了。那么它的波長(zhǎng)及頻率也相應(yīng)有所改變。對(duì)于此話題本文將不做詳細(xì)且有深度的闡述。這個(gè)比方通俗易懂，恰如其分?，F(xiàn)在，我想大家對(duì)于功放應(yīng)該有了大致的認(rèn)識(shí)?？偠灾?。車載功放就是把輸入端（主機(jī)、CO播放機(jī)等等）的音頻輸入還原放大，同時(shí)使它達(dá)到足夠的強(qiáng)度，以至于能夠帶動(dòng)喇叭工作。

　　功率放大器的工作原理就是靠電壓來控制電流通道的大小來達(dá)到控制電流大小的目的。利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的電流。 因?yàn)槁曇羰遣煌穹筒煌l率的波，即交流信號(hào)電流，三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的β倍，β是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點(diǎn)，若將小信號(hào)注入基極，則集電極流過的電流會(huì)等于基極電流的β倍，然后將這個(gè)信號(hào)用隔直電容隔離出來，就得到了電流（或電壓）是原先的β倍的大信號(hào)，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。而場(chǎng)效應(yīng)管則是用柵極電壓來控制源極與漏極的電流，其控制作用用跨導(dǎo)表示，即柵極變化一毫伏，源極電流變化一安，就稱跨導(dǎo)為1，功率放大器就是利用這些作用來實(shí)現(xiàn)小信號(hào)控制大信號(hào)，從而使多級(jí)放大器實(shí)現(xiàn)了大功率的輸出，并非真的將功率放大了！它們是轉(zhuǎn)化的電源功率，而不是對(duì)能量的放大。以我們目前的技術(shù)我們還是要遵守能量守恒定律的。

　　汽車功放變換器

　　汽車音響供電電源中采用DC-DC變換器，而不采用升壓式開關(guān)電源，是經(jīng)過縝密考慮的?，F(xiàn)代的晶體管放大器部分仍為AB類放大，其工作電流隨信號(hào)的波動(dòng)成正比變化，所以功放實(shí)際上構(gòu)成變動(dòng)范圍極大負(fù)載。為了避免功放輸出信號(hào)產(chǎn)生削頂失真，要求供電電源有足夠的能量?jī)?chǔ)備，當(dāng)信號(hào)峰值瞬間能立即提供較大的電流 （一般PMOP即為對(duì)功放瞬間峰值功率的標(biāo)稱）。顯然，也包括了電源瞬間輸出電流的能力。

　　開關(guān)電源無論采取PWM還是PCM，其能量輸出是由脈沖變壓器電磁轉(zhuǎn)換形成的，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，向脈沖變壓器存儲(chǔ)磁能，開關(guān)管截止時(shí)，磁能轉(zhuǎn)換成電能，向負(fù)載提供電壓。即使負(fù)載電流瞬間增大使輸出電壓下降，穩(wěn)壓控制系統(tǒng)也只能控制開關(guān)管在下一個(gè)導(dǎo)通周期延長(zhǎng)導(dǎo)通時(shí)間，待開關(guān)管載止后，輸出電壓上升，以圖補(bǔ)償負(fù)載電流增大的影響。但是，音樂的波動(dòng)是千變?nèi)f化的，有時(shí)大幅度的沖出信號(hào)只是瞬間的事，若信號(hào)沖擊到來時(shí)，開關(guān)電源不能及時(shí)提供大電流，輸出電壓必然形成隨大信號(hào)下降的波形，使信號(hào)上沖受限，產(chǎn)生波形失真，等沖擊信號(hào)過后，PWM電路才輸出信號(hào)上升，開關(guān)電源再降低其輸出電壓，以使其輸出電壓穩(wěn)定?？上?，這一切為時(shí)已晚，在此過程中輸出信號(hào)難免失真，同時(shí)也增大了電源紋波脈沖，使放大器的噪聲增大。

圖2 功放變換器電路圖

　　第1腳為第一組誤差放大器的反相輸入端。電路中以R2接地，使之為低電平。

　　第2腳為第一組誤差放大器的同相輸入端。由R7接入5V基準(zhǔn)電壓。當(dāng)?shù)?腳輸出高電平時(shí)，誤差放大器輸出端（第3腳）輸出恒定的低電平，該電平在TL494內(nèi)部控制比較器組成的PWM調(diào)制器，輸出最大脈寬45%，其余5%作死區(qū)時(shí)間。另外，第2腳外接C4為軟起動(dòng)電容，開機(jī)瞬間C4充電使第2腳瞬間為低電平，誤差放大器輸出高電平，隨著C4充電電壓升高，第2腳電壓升高，第3腳電壓降低，使PWM比較器輸出脈寬緩增大到額定脈寬，避免開機(jī)沖擊電流損壞開關(guān)管。

　　第3腳為誤差放大器輸出端，外接R3，C1為避免誤差放大器振蕩而設(shè)。

　　第4腳為死區(qū)時(shí)間控制端，通過R6，R4從5V基準(zhǔn)電壓分壓得到0.05V死區(qū)時(shí)間控制電壓，使兩組驅(qū)動(dòng)脈沖之間有占脈寬5%的間隙。第4腳電平達(dá)到0.3V時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖被關(guān)斷。

　　第5，6腳為振蕩頻率控制端，外接R5，C3設(shè)定振蕩器產(chǎn)生約80KHZ的振蕩脈沖，徽調(diào)R5可使振蕩頻率為100KHZ.C3，R5與振蕩頻率的關(guān)系為：f（kHZ）=1.2/R（kΩ）·C（μF）。

　　第7腳為公共地端。

　　編輯點(diǎn)評(píng)：本文介紹了汽車功放的電路圖，其作用是將音頻輸進(jìn)的信號(hào)進(jìn)行選擇與進(jìn)處理，進(jìn)行功率放大，使電信號(hào)具有推動(dòng)音箱的能力。車載功放的匹配主要有阻抗匹配、功率匹配。功放對(duì)音質(zhì)的影響很大，一般來說，同品牌的功放和揚(yáng)聲器搭配較好，應(yīng)首先考慮。