单通道音频功率放大器

单通道音频功率放大器
摘要
在20世纪得60年代后期，功率放大器进入集成电路的时代，至今已达到相当高的水平，品种也日益增多。

集成功放的主要特点是体积小、性能优越、使用方便、功能齐全、可靠性高，已成为中小功率放大器的主流。

LM3886是单声道、中功率、高性能音频功放IC，它采用11脚TO-220封装并具有输入静音功能。

此IC的最大特点是自身保护功能齐全，无须外接各种保护电路，它内含NS 公司研制的Spike保护电路，对输出级晶体管的安全工作区进行动态检测与保护，从而实现全面过压、欠压、输出短路、热失控和瞬时温度冲击等的保护功能。

这款功放采用了LM3886作功率放大，具有输出功率大、高保真、音质优美、保护功能齐全等优点，并对其静噪功能进行开发利用，达到了开/关机静音的效果，完全避免了对扬声器的有害冲击。

关键字：LM3886 单通道音频放大器
目录
摘要...................................................................................................................... - 0 -
1 引言................................................................................................................ -
2 -
2 总体方案设计................................................................................................ - 2 -
⑴设计思路：.................................................................................................... - 2 -
⑵提出方案........................................................................................................ - 3 -
2.1设计方案Ⅰ...................................................................................... - 3 -
2.2设计方案Ⅱ...................................................................................... - 3 -
3 LM3886概述及其对外作用......................................................................... -
4 -
3.1LM3886概述：............................................................................................ - 4 -
3.2LM3886对外作用：.................................................................................... - 4 -
3.2.1过保护功能............................................................................... - 4 -
3.2.2电流限制功能............................................................................... - 5 -
3.2.3过热保护功能............................................................................... - 5 -
3.2.4扬声器防冲击的保护................................................................... - 5 -
4 LM3886芯片结构与性能参数..................................................................... - 6 -
4.1 LM2886芯片结构与性能参数如下图所示............................................... - 6 -
4.2各引脚功能如下表所示.............................................................................. - 6 -
4.3静噪功能设计.............................................................................................. - 8 -
4.4应用电路设计.............................................................................................. - 9 -
5 实际电路的安装与调试.............................................................................. - 12 -
5.1电路的调试................................................................................................ - 12 -
5.1.1静态调试：................................................................................. - 12 -
5.1.2动态调试：................................................................................. - 12 -
5.2电路的性能指标测试................................................................................ - 12 -
5.2.1最大输出功率P om ...................................................................... - 12 -
5.2.2直流电源提供的平均功率P VCC ................................................ - 13 -
5.2.3效率η的测量............................................................................. - 13 -
5.2.4失真系数R的测量 .................................................................... - 13 -
6 谢词.............................................................................................................. - 14 -
7 参考文献...................................................................................................... - 15 -
8 附录.............................................................................................................. - 16 -
8.1 元器件清单............................................................................................... - 16 -
8.2 仪器设备及功能....................................................................................... - 16 -
1 引言
在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。

所以，就高保真度功放而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。

而且LM3886是美国NS公司产品，有两种型号
LM3886TF和LM3886T，前者散热片绝缘，后者不绝缘。

其在追求听感和音质的设计思想指导下，采用了新的线路和集成工艺，其峰值输出功率上限可达150W，在5Hz~100KHz内线性度良好，互调失真低达0.004%，谐波失真及噪声（THD+N）仅0.03%，兼有过压、欠压、过载、短路、超温等极完善的保护功能，其静噪端与RC网络配合可彻底消除开机冲击，免去扬声器保护电路。

LM3886采用T0-220（11）脚封装，电源电压范围，在单电源时为20~84V，双电源时为±10~±42V。

当电源电压为±35V时若负载为8Ω，在失真<10%的条件下，连续输出功率为78W。

若负载为4Ω时，连续输出功率为87W。

在电源电压为±35V时，若输出功率为60W，则总谐波失真（谐波失真加噪声）为0.03%，1kHz 是静噪比为110dB，转换速率达19/sμ，增益带宽积有8MHz，总静态电流50MHZ。

2 总体方案设计
⑴设计思路：
选择方案、设计单元电路、选择元器件、计算参数、画出总体电路图初稿、审图、仿真和实验、画出正式的总体电路图。

⑵提出方案
满足题目要求的设计方案很多，现提出下列两种方案。

2.1设计方案Ⅰ
电路由输入电路、前置放大电路及扬声器防冲击电路等组成。

其中输入电路由输入插口及电容电阻、控制音量大小元件组成。

前置放大电路是由IC1，电容、电阻等组成线性放大器。

静噪和扬声器防冲击保护电路由电阻、二极管和电容组成。

功率放大电路由IC1电阻电容及电感等组成，其功能为音频功率放大。

此电路优点是扬声器防冲击保护电路配合LM3886内部的扬声器防止冲击电路，提供对扬声器的保护及对开关响声的抑制，保护功能齐全，音质细腻甜美，可前置放大电路及扬声器防冲击电路大大增加了设计的复杂性。

2.2设计方案Ⅱ
电路直接由输入电路、LM3886音频功率放大电路、电源电路组成。

同样具有输出功率大、高保真、音质优美、保护功能齐全等优点，并对其静噪功能进行开发利用，达到了开/关机静音的效果，完全避免了对扬声器的有害冲击，可省去扬声器保护电路，使电路结构简单。

因而选用设计方案二。

3 LM3886概述及其对外作用
3.1LM3886概述：
LM3886是美国NS公司产品，有两种型号LM3886TF和
LM3886T，前者散热片绝缘，后者不绝缘。

其在追求听感和音质的设计思想指导下，采用了新的线路和集成工艺，其峰值输出功率上限可达150W，在5Hz~100KHz内线性度良好，互调失真低达
0.004%，谐波失真及噪声（THD+N）仅0.03%，兼有过压、欠压、过载、短路、超温等极完善的保护功能，其静噪端与RC网络配合可彻底消除开机冲击，免去扬声器保护电路。

LM3886采用T0-220（11）脚封装，电源电压范围，在单电源时为20~84V，双电源时为±10~±42V。

当电源电压为±35V时若负载为8Ω，在失真<10%的条件下，连续输出功率为78W。

若负载为4Ω时，连续输出功率为87W。

在电源电压为±35V时，若输出功率为60W，则总谐波失真（谐波失真加噪声）为0.03%，1kHz 是静噪比为110dB，转换速率达19/sμ，增益带宽积有8MHz，总静态电流50MHZ。

3.2LM3886对外作用：
3.2.1过保护功能
当电源电压意外升高时，过压保护电路的敏感器件便即刻检测到过压信号，随之关断输出驱动管，以保护输出管和扬声器；当过压结束后，输出驱动管恢复导通，输出管又正常工作。

3.2.2电流限制功能
电流限制电路检测输出驱动管的发射极电流，其值增大到一定程度时，电流限制电路开始减少输出驱动管的基极电流。

输出驱动管的发射极电流愈大，驱动管的基极电流就愈小，从而将输出管的电流限制在7A。

3.2.3过热保护功能
当散热器因使用不当造成放大器产生的热量不能迅速散发时，功放IC的温度升高，若超过165℃的上限，IC内部的过热保护电路会将输出管关断，使放大器停止工作，直至IC芯片的温度下降至155℃以内，输出管才恢复工作。

3.2.4扬声器防冲击的保护
在电源接通或关闭时，如果放大器对称电源的两端电压能够同步增加0.5mA,此时功放IC内部全部电流源都打开，放大器正常工作。

电流限制电路检测输出驱动管的发射极电流，其值增大到一定程度时，电流限制电路开始减少输出驱动管的基极电流。

4 LM3886芯片结构与性能参数
4.1 LM2886芯片结构与性能参数如下图所示
图4.1.1为其引脚排列图4.2各引脚功能如下表所示
LM3886是美国国家半导体公司出的一款带过压、过高温保护的高保真大功率功放IC，其外围电路简单、制作方便。

其性能如下：
VCC=±28V OUTPUT=68W/4Ω、38W/8Ω
VCC=±35V OUTPUT=50W/8Ω
峰值功率：135W 信噪比≥92db转换率：19V/us 互调失真：0.04% 11脚TO-220封装
静音功能SPiKeTM保护功能
图4.2.2为LM3886内部电路原理图：
4.3静噪功能设计
LM3886⑧脚开路或0V时，静音；而⑧脚输出电流≥0.5mA
时（实测⑧脚电压为22.7V），不静音。

可以用一个简单电路即可充分发挥该静噪脚的作用，达到开/关机静音的效果，完全避免了对扬声器的有害冲击，甚至可省去扬声器保护电路，电路如下图4.3原理为：开机瞬间，C1相当于通路，则Q1导通，⑧脚接地静音，经过约3秒（此时间常数由C1、R2决定T（秒）=2πR2C2），C1
充满电，Q1关断，不再静音，正常输出；关机时，由于本电路中实际滤波、储能电容C2容量较小(10F )，因此无电流继续流入⑧脚，亦瞬时静音。

由于C1也有储能作用，所以最好经过两分钟之后，即C自放电结束后，再次开机，才能再次静音。

如图4.3所示
4.4应用电路设计
图4.4为LM3886单通道音频功放的应用电路图
由图4.4可见，R2为LM3886同相输入端提供偏压；并联在两个输入端的C2用来减小放大器的高频增益，以免输出管出现振荡，同时抑制输入的电磁干扰；
R4、R5、C4组成反馈回路，放大器的低频响应和高频转折频率fH取决于R3、C3；R4、C4、R5和R3决定高频增益和低频转折频率fL。

C4是补偿元件，它与R4、R5共同起减小高频增益的作用。

R8、R9、C5（如图中虚线所示）与开关组成静音控制电路：当开关断开时，LM3886停止输出，即静音起作用；接通开关时静音解除，R8将⑧脚输出电流限制到0.5mA。

（LM3886的⑧脚电流≥0.5mA）。

C5为静音通、断提供较大的时间常数。

R6、C6的作用为防止放大器产生高频振荡。

L1、R7的作用：如果负载程容性（如扬声器电缆较长），则放大器在高频下会过载，并使方波响应出现转折，为避免此现象，在输出端串入LR组成的并联电路，此时L呈现较大感抗，10Ω电阻将放大器与容性负载隔离开来并减低L与容性负载所构成的Q值；低频下则10Ω电阻被L短路，放大器通过感抗很小的L直接驱动负载。

R10、C11、Q1起静噪功能；为了取得最佳性能，用C7～C10对电源进行退耦，并对电路板的所有地线进行一点接地；IC1装在电路板的一侧，以便于把它固定在散热器上，散热器的热阻小于
1.5KΩ/W。

空心电感L1可用1mm漆包线在10mm的胎具上扰13圈脱胎而成；电阻R7装在L1里面，并将他们的两端并联焊在电路板上。

本电路的MUTE端接上一只开关，当开关断开时，IC1即处于静音状态；若不需要静音，则应在MUTE端焊上一段短路导线。

R6~C6用来改善放大器的低频稳定性。

LM3886的最佳负载是8Ω，如果用于4Ω负载，则当电源电压下降到27V左右时，IC1内部的SPIKE保护电路将起作用，使输出功率减小到10W左右。

电源电路如左下脚所示，±30V的电压经电容滤波后输入引脚1、4、5。

LM3886的最佳负载是8Ω，如果用于4Ω负载，则当电源电压下降到27V左右时，IC1内部的SPIKE保护电路将起作用，使输出功率减小到10W左右。

如下图示表为总电路参数
5 实际电路的安装与调试
5.1电路的调试
电路的调试过程包括:先分级调试,而后在连级调试,最后整级调试与性能指标测试.
5.1.1静态调试：
首先将输入电容输入端对地短路，然后接通电源，用万用表测试，调节电位器，使输出的电位近似为零。

5.1.2动态调试：
在输入端接入1kHz的正弦信号Us，逐渐增加Us的幅值，用示波器观察输出电压Us波形的失真情况，调整电位器使输出波形交越失真最小。

调节电位器使输出电压的峰值不小于11V，以满足输出功率的要求。

5.2电路的性能指标测试
5.2.1最大输出功率P om
负载一定，输入端加入1KHz的正弦电压信号，逐渐增加的幅值，用示波器观察输出电压的波形。

在输出波形达到最大且不失真时，用毫伏表测量此时的电压值，则最大输出功率为
P om=U o2/R L U O=U OM/2
5.2.2直流电源提供的平均功率P VCC
负载一定，输入1KHz 的正弦电压信号，调节信号幅值，保证输出电压最大且不失真时，读出电流毫安表的读数I ，则直流电源提供的平均功率为
P VCC =V CC I I=I OM /π
5.2.3效率η的测量
根据5.2.1和5.2.2两步骤中测得的om P 和VCC P 值，可求出效率η为
η=om P /VCC P 5.2.4输出功率P 的计算
P=I
2
*R
6 谢词
通过两周的课程设计，我深刻体会到了我知识的不足。

我深深的觉得原来我们所学的东西都只是一个纯表面的、纯理论性的。

如果不通过实践，用它来解决一些生活中的实际问题，那么它们只是堆在脑海中的一些硬件资料。

刚一接触到电子设计，我的心里一片茫然，不知从何下手。

后来，在老师的指导及阅读图书管各种关于课程设计的书籍后才有了头绪。

在设计的过程中，我在“模拟电子技术基础”课程中所学的理论知识和实验技能得到了很好的加深和巩固，并基本掌握了电子电路设计的一般方法，提高了电子电路的设计和实验能力。

电子设计不只是一个纯粹的知识运用过程，它还需要有紧密的逻辑思维能力及全面分析问题的能力。

通过对电路的设计，我全面考虑问题的能力得到了提高。

设计过程中还涉及到了制表及用protel或其他软件进行计算机绘图，绘图过程中我的绘图能力得到了很好的温习。

总之,这次电子电路设计扩展可我的知识面,提高了我综合运用知识的能力,非常感谢老师的指导及所有帮助我完成设计的人。

7 参考文献
①康华光:电子技术基础模拟部分(第五版).北京:高等教育出版社,1998
②杨帮文:新型集成器件实用电路.北京:电子工业出版
社,2002.5.
③单片150WHi-Fi功放(LM3886).
④凉伟洋.冯祥.郑仲明.电子技术应用长沙:国防科大出版社,2002
8 附录
8.1 元器件清单
1.集成功放ICLM3886一片
2.三极管一个，型号为9095
3.金属膜固定电阻9个，碳膜电阻1个：
R0=5ΩR1=1kΩR2=18kΩR3=1kΩR4=18kΩR5=18kΩR6=22kΩR7=10ΩR8=22kΩR9=22kΩR10=330kΩ
4.11个钽电解电容器
C1、C3、C6为22μF ，C4为47μF ，C5为200μF ，C7—C10为100μF，
C11为10μF ，耐压都为25V。

5.二极管IN4148一只
6.空心电感L1：用1mm漆包线在10mm的胎具上扰13圈脱胎而成。

8.2 仪器设备及功能
LM3886：功能如上述
金属膜电阻：阻值精度高，阻值范围为30Ω～300MΩ，电性能比碳膜电阻器好，温度系数好，最高工作温度可达155℃，但成本较高，价格较贵，适合用于要求较高的系统。

坦电解电容：体积小，容量大，性能稳定，价格高，适宜要求较高的设备。

三极管：放大电流。